RAM

In elettronica e informatica, la memoria ad accesso casuale, meglio nota come RAM (in inglese random access memory), è un tipo di memoria volatile caratterizzata dal permettere l'accesso diretto a qualunque indirizzo di memoria con gli stessi tempi.^[1]

Memorie RAM. Dall'alto: DIP, SIPP, SIMM (30 pin), SIMM (72 pin), DIMM (168 pin), DDR DIMM (184 pin)

La RAM si contrappone alla memoria ad accesso sequenziale, in cui i dati sono disposti in modo sequenziale e per accedervi è necessario scorrere su tutti i dati precedenti.^[1]

Funzionamento

Nella memoria RAM vengono copiati (caricati) i programmi che la CPU deve eseguire. Una volta chiuso il programma, le modifiche effettuate, se non opportunamente salvate sul disco rigido o su altra memoria non volatile, verranno perse.

Per le sue caratteristiche, la RAM viene utilizzata come memoria primaria nei computer più comuni. Inoltre, si può utilizzare una porzione di RAM come RAM disk, ovvero trattarla come se fosse memoria secondaria, col vantaggio di avere prestazioni in lettura e scrittura enormemente più elevate, con tempi di accesso significativamente migliori.

Il tipo di memoria ad accesso diretto più comune attualmente è a stato solido, a lettura-scrittura e volatile, ma rientrano nel tipo di memoria ad accesso casuale la maggior parte dei tipi di ROM (memoria a sola lettura), la NOR Flash (un tipo di memoria flash), oltre a vari tipi di memorie informatiche utilizzate ai primordi dell'informatica e oggi non più utilizzate come ad esempio la memoria a nucleo magnetico.

L'acronimo RAM (non il termine "memoria ad accesso diretto") ha anche una seconda accezione più ristretta, ma attualmente più diffusa, che identifica le schede fisiche che vengono installate negli odierni computer (vedi moduli DIMM, SIMM, SO-DIMM).

Per testare i moduli di memoria si può utilizzare il software Memtest86.^[2]

Tipologia

SRAM

Vecchia RAM a nuclei magnetici da 1,5 Megabit

Nelle SRAM, acronimo di Static Random Access Memory, ovvero RAM statica ogni cella è costituita da un Flip-Flop di tipo D. Le celle sono disposte a matrice e l'accesso avviene specificando la riga e la colonna.

Consentono di mantenere le informazioni per un tempo infinito ma, perdono le informazioni in esse contenute se non alimentate da corrente, sono molto veloci, consumano poca energia e calore. La necessità di usare molti componenti, però, le rende molto costose, difficili da impacchettare e con una scarsa capienza.

Proprio per la loro bassa capienza, sono solitamente usate per le memorie cache, dove sono necessarie elevate velocità in abbinamento a ridotti consumi e capienze non troppo elevate (dell'ordine di pochi Megabit).

DRAM

Memoria DIMM DDR

La DRAM, acronimo di Dynamic Random Access Memory, ovvero ram dinamica, a livello concettuale è costituita da un transistor che separa un condensatore, il quale mantiene l'informazione, dai fili di dati. A livello pratico non viene usato un vero condensatore ma si sfruttano le proprietà elettrico/capacitive dei semiconduttori. È così possibile usare un solo componente per ogni cella di memoria, con costi molto ridotti e la possibilità di aumentare notevolmente la densità di memoria.

A causa del non perfetto isolamento, il condensatore si scarica, quindi dopo un breve lasso di tempo il suo contenuto diventa completamente inaffidabile. Si rende necessario perciò ricaricarlo, l'operazione è detta di "refreshing", provvedendo ad eseguire un'operazione di lettura fittizia e riscrittura entro il tempo massimo in cui il contenuto può essere considerato ancora valido. Queste operazioni sono eseguite da un circuito interno alle memorie stesse. Oltre a comportare un certo dispendio di energia rendono più lenta la memoria in quanto, mentre si sta eseguendo il refreshing, non è possibile accedervi. Le memorie DRAM si possono considerare abbastanza affidabili anche perché molto spesso ad ogni riga della memoria è associato un bit di parità, che consente di individuare eventuali errori singoli all'interno della riga, oppure una serie di bit (login), che opportunamente impostati nel momento di ogni scrittura, generano il codice di Hamming corrispondente, che consente di individuare e correggere errori singoli e individuare errori doppi.

È importante sottolineare come l'operazione di lettura sia distruttiva, in quanto nel momento in cui un dato viene letto viene anche perso; risulta quindi necessaria la sua riscrittura immediata e questa porta a uno spreco di tempo.

Le DRAM sono asincrone, ovvero l'accesso in scrittura ed in lettura è comandato direttamente dai segnali in ingresso, al contrario delle memorie sincrone in cui il passaggio da uno stato all'altro è sincronizzato ad un segnale di clock.

Per ogni cella sono presenti un numero basso di componenti che permettono di ottenere un'alta capacità complessiva del dispositivo, un basso assorbimento di potenza e costi ridotti, sono dunque utilizzate generalmente per la memoria principale del sistema.

SDRAM

Memoria SODIMM DDR, utilizzata per i personal computer portatili.

La SDRAM, acronimo di Synchronous Dynamic Random Access Memory, ovvero DRAM sincrone, si differenzia dalla DRAM normale per il fatto che l'accesso è sincrono, ovvero governato dal clock. Tale segnale di clock temporizza e sincronizza le operazioni di scambio di dati con il processore, raggiungendo una velocità almeno tre volte maggiore delle SIMM con EDO RAM.

Tipicamente saldata in un modulo di tipo DIMM, è normalmente impiegata come memoria principale dei Personal Computer di tipo Pentium e successivi.

Alcuni esempi sono classificati come:

SDR SDRAM: indica le originarie memorie SDRAM. Con l'evoluzione tecnica, questo tipo ha preso il suffisso SDR ossia Single Data Rate, per differenziarle dalle successive SDRAM con controller DDR. Il single data rate indicava l'accettazione di un comando e il trasferimento di 1 word di dati per ciclo di clock (tipicamente 100 e 133 MHz). Il data bus era diversificato ma tipicamente erano impiegate su moduli DIMM da 168 pin e potevano operare su 64 bit (non-ECC) o 72 bit (ECC) alla volta.
DDR SDRAM
DDR2
DDR3
DDR4
DDR5
SODIMM: da notare che il package SODIMM non necessariamente contiene memoria SDRAM.

FeRAM

La FeRAM, acronimo di Ferroelectric Dynamic Random Access Memory, ha la peculiarità di mantenere i dati senza l'ausilio del refresh di sistema. Utilizzano un materiale denominato ferroelettrico che ha la capacità di mantenere la propria polarizzazione anche dopo esser scollegato dalla fonte energetica.

Memoria a cambiamento di fase

Le memorie a cambiamento di fase sono delle memorie ad accesso casuale che utilizzano il cambiamento di fase di un materiale per memorizzare le informazioni. Questo permette alla memoria di mantenere le informazioni anche senza alimentazione, come le memorie flash ma rispetto a queste hanno alcuni vantaggi. Il principale è la velocità di scrittura che può arrivare ad essere più rapida di 30 volte, come ciclo di vita 10 volte maggiore e, nota non trascurabile, un costo minore dato dalla lavorazione più veloce.

Frequenze a confronto

La memoria scambia dati con gli altri componenti attraverso il Bus, che ha una sua frequenza operativa di base, a multipli di 33 MHz, così come la memoria e il processore. I tre componenti vanno sincronizzati su un multiplo della frequenza di base del bus. La frequenza di clock interna della memoria differisce dalla frequenza del bus di I/O del modulo, che è quella con la quale il modulo stesso si interfaccia col bus della piastra madre.

Nella tabella sottostante è possibile vedere le frequenze operative dei vari tipi di moduli di memoria; si fa riferimento agli standard utilizzati dai produttori e non solo a quelli standardizzati dal JEDEC:

SDR

Chip	Modulo	Frequenza		Tensione
Chip	Modulo	Single Channel	Dual Channel	Tensione
SDR-66	PC-66	66 MHz	-	3.30 V
SDR-100	PC-100	100 MHz	-	3.30 V
SDR-133	PC-133	133 MHz	-	3.30 V

DDR (2002)

Chip	Modulo	Frequenza		Tensione
Chip	Modulo	Single Channel	Dual Channel	Tensione
DDR-200	PC-1600	100 MHz	200 MHz	2.50 V
DDR-266	PC-2100	133 MHz	266 MHz	2.50 V
DDR-333	PC-2700	166 MHz	333 MHz	2.50 V
DDR-400	PC-3200	200 MHz	400 MHz	2.50 V

DDR2 (2004)

Chip	Modulo	Frequenza		Tensione
Chip	Modulo	Single Channel	Dual Channel	Tensione
DDR2-400	PC2-3200	200 MHz	400 MHz	1.80 V
DDR2-533	PC2-4200	104 MHz	533 MHz	1.80 V
DDR2-667	PC2-5300	333 MHz	667 MHz	1.80 V
DDR2-800	PC2-6400	400 MHz	800 MHz	1.80 V
DDR2-1066	PC2-8500	533 MHz	1066 MHz	1.80 V

DDR3 (2007)

Chip	Modulo	Frequenza		Tensione
Chip	Modulo	Single Channel	Dual Channel	VDD	Low
DDR3-800	PC3-6400	400 MHz	800 MHz	1.50 V	1.35 V
DDR3-1066	PC3-8500	533 MHz	1.066 MHz	1.50 V	1.35 V
DDR3-1333	PC3-10600	667 MHz	1.333 MHz	1.50 V	1.35 V
DDR3-1600	PC3-12800	800 MHz	1600 MHz	1.50 V	1.35 V
DDR3-1866	PC3-14900	933 MHz	1866 MHz	1.50 V	1.35 V
DDR3-2000	PC3-16000	1000 MHz	2000 MHz	1.50 V	-
DDR3-2133	PC3-17000	1066 MHz	2133 MHz	1.50 V	-
DDR3-2400	PC3-19200	1200 MHz	2400 MHz	1.50 V	-
DDR3-2666	PC3-21300	1333 MHz	2666 MHz	1.50 V	-

DDR4 (2012)

Chip	Modulo	Frequenza		Tensione
Chip	Modulo	Single Channel	Dual Channel	VDD	Low
DDR4-1600	PC4-12800	800 MHz	1600 MHz	1.20 V	1.05 V
DDR4-1866	PC4-14900	933 MHz	1866 MHz	1.20 V	1.05 V
DDR4-2133	PC4-17000	1066 MHz	2133 MHz	1.20 V	1.05 V
DDR4-2400	PC4-19200	1200 MHz	2400 MHz	1.20 V	1.05 V
DDR4-2666	PC4-21300	1333 MHz	2666 MHz	1.20 V	1.05 V
DDR4-3000	PC4-24000	1500 MHz	3000 MHz	1.20 V	-
DDR4-3200	PC4-25600	1600 MHz	3200 MHz	1.20 V	-
DDR4-4266	PC4-34100	2133 MHz	4266 MHz	1.20 V	-
DDR4-4800	PC4-38400	2400 MHz	4800 MHz	1.20 V	-
DDR4-5332	PC4-42656	2666 MHz	5332 MHz	1.20 V	-
DDR4-5600	PC4-44800	2800 MHz	5600 MHz	1.20 V	-
DDR4-6000	PC4-48000	3000 MHz	6000 MHz	1.20 V	-
DDR4-6400	PC4-51200	3200 MHz	6400 MHz	1.20 V	-
DDR4-6932	PC4-55456	3466 MHz	6932 MHz	1.20 V	-
DDR4-8266	PC4-66128	4133 MHz	8266 MHz	1.20 V	-
DDR4-8532	PC4-68256	4266 MHz	8532 MHz	1.20 V	-
DDR4-8666	PC4-69328	4333 MHz	8666 MHz	1.20 V	-
DDR4-8800	PC4-70400	4400 MHz	8800 MHz	1.20 V	-
DDR4-9000	PC4-72000	4500 MHz	9000 MHz	1.20 V	-
DDR4-9200	PC4-73000	4600 MHz	9200 MHz	1.20 V	-

DDR5 (2020)

Chip	Modulo	Frequenza		Tensione
Chip	Modulo	Single Channel	Dual Channel	VDD.	Low
DDR5-3200	PC5	-	-	1.10 V	-
DDR5-3600	PC5	-	-	1.10 V	-
DDR5-4000	PC5	-	-	1.10 V	-
DDR5-4400	PC5	-	-	1.10 V	-
DDR5-4800	PC5	-	-	1.10 V	-
DDR5-5200	PC5	-	-	1.10 V	-
DDR5-5600	PC5	-	-	1.10 V	-
DDR5-6000	PC5	-	-	1.10 V	-
DDR5-6400	PC5	-	-	1.10 V	-
DDR5-6000	PC5	-	-	1.10 V	-
DDR5-6400	PC5	-	-	1.10 V	-