Memòries RAM

Història de les memòries RAM

1-La RAM

La primera memòria RAM va ser inventada l'any 1947 per John von Neumann. La va anomenar (carrusel),més tard també la va anomenar (memòria d'accés aleatori).

2- John von Neumann

El 1945, el professor J. von Neumann, que llavors treballava a l'Escola Moore d'Enginyeria a Filadèlfia, on s'havia construït l'ENIAC, emès en nom d'un grup dels seus companys de treball un informe sobre el disseny lògic de els ordinadors digitals.

Què és la memòria RAM i per a què serveix?

Memòria RAM
(Posa el cursor del ratolí a sobre)


La memòria RAM és la memòria principal d'un dispositiu, aquesta on s'emmagatzemen temporalment les dades dels programes que utilitzeu en aquest moment. D'una banda té una velocitat enorme, i de l'altra les dades només s'emmagatzemen de forma temporal. Això vol dir que cada vegada que reiniciïs o apaguis el teu ordinador, el normal és que les dades que hagi emmagatzemades a la RAM es perdin.

Tenint en compte que la RAM serveix perquè l'ordinador o dispositiu mòbil gestioni les dades de les aplicacions en funcionament, la quantitat que tinguis afecta directament el rendiment del dispositiu.

Com més RAM tinguis més aplicacions podràs gestionar alhora, i per això la seva importància perquè si no n'hi ha prou l'ordinador pot anar lent



Com va la memòria RAM?

Per saber com és el funcionament duna memòria RAM el primer que haurem de veure és com es comunica físicament amb el processador.
Si prenem en compte l'ordre jeràrquic de la memòria RAM, aquesta es troba justament al nivell següent a la memòria cau del processador.

Hi ha tres tipus de senyals que el controlador de memòria RAM ha de gestionar, senyals de dades, senyals d'encaminament i senyals de control.
Aquests senyals circulen principalment pels busos de dades i adreces i altres línies de control. Vegem-ne cadascuna.



1-Bus de dades
Aquesta línia s'encarrega de portar la informació des del controlador de memòria fins al processador i altres xips que la requereixin.
Aquestes dades estan agrupades en elements de 32 o 64 bits. Segons l'amplada de bits del processador, si el processador és de 64,
les dades aniran agrupades en blocs de 64 bits.

2-Bus d'adreces
Aquesta línia s'encarrega de transportar les adreces de memòria que contenen dades.
Aquest bus és independent del bus d'adreces del sistema.
L'amplada de bus d'aquesta línia serà l'amplada de la memòria RAM i del processador, actualment 64 bits.
El bus d'adreces està connectat físicament al processador i la memòria RAM.

3-Bus de control
Per aquest bus viatjaran els senyals de control com els senyals d'alimentació Vdd.
Els senyals de Lectura (RD) o d'escriptura (RW).
El senyal de rellotge (Clock) i el senyal de reset (Reset)


Dual Channel

La tecnologia de doble canal permet un increment de rendiment de l'equip perquè serà possible l'accés simultani a dos mòduls diferents de memòria.
Quan està activa la configuració de dual channel serà possible accedir a blocs duna extensió de 128 bits en lloc dels 64 típics.

Això es nota especialment quan utilitzem targetes gràfiques integrades a la placa base ja que, en aquest cas, part de la memòria RAM està compartida per al seu ús amb aquesta targeta gràfica.
Para conseguir implementar esta tecnología, será necesario un controlador de memoria adicional situado en el chipset del puente norte de la placa base.
Perquè un doble canal sigui efectiu, els mòduls de memòria han de ser del mateix tipus, tenir la mateixa capacitat i velocitat.

I haurà d'estar instal·lats als slots indicats a la placa base (normalment són els parells 1-3 i 2-4). Encara que no et preocupis perquè encara siguin diferents
també seran capaços de treballar a Dual Channel Actualment també podem trobar aquesta tecnologia utilitzant triple canal o fins i tot quàdruple canal amb les noves memòries DDR4.





Cicle d´instrucció d´una memòria RAM

L'esquema de funcionament està representat amb dues memòries a dual channel. Per això disposarem d'un bus de dades de 128 bits,
64 bits per a cada dada continguda en cadascun dels dos mòduls. A més, tindrem una CPU amb dos Controladors de memòria CM1 i CM2

Un bus de dades de 64 bits anirà connectat a CM1 i un altre a CM2. Perquè la CPU, que és de 64 bits, pugui treballar amb dos blocs de dades, aquests els repartirà en dos cicles de rellotge.
Perquè un doble canal sigui efectiu, els mòduls de memòria han de ser del mateix tipus, tenir la mateixa capacitat i velocitat.

El bus d'adreces contindrà la direcció de memòria de la dada que el processador necessiti en un moment determinat. Aquesta adreça estarà tant de la cel·la del mòdul 1 com del mòdul 2.



La CPU vol llegir una dada de la posició de memòria 2





La CPU vol llegir la dada de la posició de memòria 2. Aquesta adreça correspon a dues cel·les ubicades en dos mòduls de memòria RAM en dual channel.

Com que el que volem és llegir la dada de la memòria el bus de control activarà el cable de lectura (RD) perquè la memòria sàpiga que la CPU vol llegir aquesta dada.

Simultàniament el bus de memòria enviarà aquesta adreça de memòria a la RAM, tot sincronitzat mitjançant el rellotge (CLK)





La memòria ja ha rebut la petició del processador, ara uns quants cicles després aquesta prepararà la dada dels dos mòduls per enviar-la pel bus de dades.
Diem uns cicles després perquè la latència de la memòria RAM fa que el procés no sigui immediat.

Por el bus de datos se enviarán los 128 bits de datos provenientes de la memoria RAM, un bloque de 64 bits para una parte del bus y otro de 64 bit para la otra parte.

Ara cadascun d'aquests blocs arribaran als controladors de memòria CM1 i CM2 i en dos cicles de rellotge la CPU els processarà.

El ciclo de lectura habrá terminado. Para hacer la acción de escribir será exactamente igual, pero activando el cable de RW del bus de control




Construcció de la memòria RAM i tipus d'encapsulats per a PC

Abans de veure les diferents tecnologies i tipus de memòries RAM, coneixerem els tipus d'encapsulats que tenim disponibles per a elles. Aquests termes apareixen a la llista de tipus de memòries RAM, per la qual cosa és bo conèixer-los per endavant i saber les diferències de cadascun.

Els encapsulats consisteixen en una PCB on s'instal·len els xips o mòduls de memòria. A més, compta amb la connexió necessària per instal·lar-la a la placa base i fer efectiva la comunicació amb el processador.


  • RIMM: aquests mòduls muntaven memòries RDRAM o Rambus DRAM que després veurem. Aquests mòduls compten amb 184 pins de connexió i un bus de 16 bits.

  • SIMM: aquest format el feien servir els ordinadors antics. Tindrem mòduls de 30 i de 60 contactes i bus de dades de 16 i de 32 bits.

  • DIMM: aquest és el format utilitzat actualment per a les memòries DDR RAM a les seves versions 1, 2, 3 i 4. El bus de dades és de 64 bits i pot tenir: 168 pins per a les SDR RAM, 184 per a les DDR, 240 per a les DDR2 i DDR3 i 288 per a les DDR4.

  • SO-DIMM: serà el format DIMM específic per a ordinadors portàtils. És més petit i compacte que els anteriors i comptaran amb una quantitat de pins de connexió de 144 per a SDR RAM, (32 bits), 200 per a DDR i DDR2 RAM, 204 per a DDR3 RAM i 260 per a DDR4 RAM.

  • Mini DIMM: tenen la mateixa quantitat de pins que els SO-DIMM, però encara són més petits, parlem de 82 mm de llarg per 18 mm d'alt. Estan orientats a la instal·lació a NUC o Mini PC.

  • FB-DIMM: format DIMM per a servidors.




    • También son memorias de acceso aleatorio, aunque en este caso son de tipo estático. Este tipo de memorias son más rápidas y fiables que las memorias DRAM debido a que necesitan ser refrescadas menos veces que las memorias DRAM para mantener su contenido

    La construcción de estas memorias RAM se basa en un circuito flip-flop para permitir que la corriente fluya de un lado a otro en función de qué transistor está activado de los dos que componen el circuito. De esta forma, el dato podrá quedarse almacenado en este circuito sin necesidad de ser refrescado constantemente. Estas memorias requieren más energía, pero son más rápidas, aunque también más caras de fabricar. Normalmente se utilizan para construir la memora cache del procesador.



    Memorias DRAM

    El nom significa Dinamic RAM. Aquestes serien les primeres memòries basades en semiconductors de silici, i eren de tipus asíncron al principi.
    La característica més important que van introduir aquestes memòries va ser la seva estructura de transistor i condensador.
    Era possible emmagatzemar una dada dins d'una cel·la de memòria alimentant el condensador centenars de vegades per segon perquè aquesta dada romangués emmagatzemada.

    Aquest tipus de memòria és volàtil, per la qual cosa perdrà el contingut quan s'apagui. Les DRAM eren de tipus asíncron, per la qual cosa no existia un element que sincronitzés la freqüència del processador amb la freqüència de la pròpia memòria.
    En conseqüència, hi havia una menor eficiència de comunicació entre tots dos elements. Però temps després van aparèixer les memòries SDRAM (memòries RAM síncrones), que van implementar un rellotge encarregat de la seva sincronització amb el processador.

    Esta memoria es la que se utiliza para construir las memorias RAM de nuestro ordenador. Son más baratas y sencillas de construir que las SRAM, pero también más lentas.

    Existen los siguientes tipos de memorias DRAM:




  • FPM-RAM (Fast Page Mode RAM): aquestes memòries es van utilitzar per als primers Intel Pentium. El seu disseny consistia a ser capaç d'enviar una sola adreça i rebre
    diverses d'aquestes consecutives. Això permet una millor resposta i eficiència ja que no necessita estar contínuament enviant i rebent adreces individuals.


  • EDO-RAM (Extended Data Output RAM): és la millora del disseny anterior. A més de ser capaç de rebre adreces contigües simultàniament s'estan llegint la
    columna anterior d'adreces, de manera que no hi ha necessitat de mantenir a l'espera de rebre adreces bressol s'envia una.




  • BEDO-RAM (Burst Extended Data RAM): millora de l'EDO-RAM, aquesta memòria era capaç d'accedir a diverses posicions de memòria
    per enviar ràfegues de dades (Burt) a cada cicle de rellotge al processador. Aquesta memòria no s'arriba a comercialitzar.




  • Rambus DRAM: són l'evolució de les memòries asíncrones DRAM. Aquestes milloraven tant l'amplada de banda com la seva freqüència, arriben a assolir fins a 1200 MHz i un ample de bus de 64 bits.
    Utilitzaven un encapsulat RIMM i estan actualment en desús.


  • SDRAM (Memoria de tipo síncrono): La gran diferència amb les anteriors versions de DRAM és que aquesta compta amb un rellotge intern que és capaç de sincronitzar la freqüència de la memòria amb el processador
    per millorar els temps daccés i leficiència de la comunicació. Aquest és el tipus de memòria RAM que s'utilitza avui dia, i hi ha diverses versions que ara veurem.




  • SDR RAM: aquestes van ser les antecessores de les conegudíssimes DDR RAM i són de tipus síncron. Es van construir sota un encapsulat DIMM de 168 contactes i fins fa uns 10 anys eren les que tenien els nostres
    ordinadors, ja que van ser utilitzades als AMD Athlon i els Pentium 2 i 3. Només admetien una mida per mòdul de 512 MB.


    • Memòria DDR SDRAM (Actuals)

    Com que són les memòries RAM actuals, hem decidit ficar-les en un apartat a part, ja que hi ha força variants dins
    d'aquesta família de memòries RAM. Totes són de tipus síncron, i s'han anat utilitzant durant aquests anys enrere fins avui. Les memòries DDR permeten la transferència d‟informació mitjançant dos canals diferents de forma simultània en un mateix cicle de rellotge (Double Data), cosa que ens
    permet assolir més rendiment i velocitats d'accés. Per descomptat hi ha diverses versions d'aquestes memòries RAM utilitzades en els ordinadors actuals.



    DDR SDRAM (primera versión)





    Aquesta és la primera versió de la memòria RAM DDR que coneixem actualment. Estan muntades en mòduls DIMM de 182 contactes i SO-DIMM de 200 pins.
    Aquestes memòries funcionen a 2,5 Volts i compten amb una velocitat de rellotge entre 100 MHz i 200 MHz.

    Les DDR RAM van ser les primeres a implementar la tecnologia Dual Channel, que permet repartir els mòduls de memòria RAM a dos bancs o ranures per intercanviar dades amb
    el bus a dos canals simultanis. Per exemple, si els mòduls són de 64 bits, tindrem una amplada de bus dintercanvi de 128 bits. Han existit les següents configuracions de memòria RAM quant a velocitat:

    Nombre estándar Frecuencia de reloj Frecuencia de bus Velocidad de trasferencia Nombre del módulo Capacidad de transferencia
    DDR-200 100 MHz 100 MHz 200 MHz PC-1600 1,6 GB/s
    DDR-266 133 MHz 133 MHz 266 MHz PC-2100 2,1 GB/s
    DDR-333 166 MHz 166 MHz 333 MHz PC-2700 2,7 GB/s
    DDR-400 200 MHz 200 MHz 400 MHz PC-3200 3,2 GB/s



    DDR2 SDRAM (segona versió)





    Són la segona versió de les memòries DDR, i compten amb la novetat respecte a les anteriors que són capaços de doblegar els bits transferits a 4 en lloc de 2 per cada cicle de rellotge.

    L'encapsulament utilitzat també és de tipus DIMM, però amb 240 contactes i la ganyota en un lloc diferent per diferenciar-les de les anteriors. Aquests mòduls treballen a 1,8 V,
    per tant, consumeixen menys que les DDR. També hi ha variants amb encapsulat So-DIMM i Mini DIMM per a portàtils i versions DDR2L per a portàtils amb consums d'1,5 V.
    Una memòria DDR2 no es pot instal·lar en una ranura DDR ni viceversa, ja que no són compatibles entre elles.

    Les configuracions que han existit són les següents:

    Nombre estándar Frecuencia de reloj Frecuencia de bus Velocidad de trasferencia Nombre del módulo Capacidad de transferencia
    DDR2-333 100 MHzv 166 MHz 333 MHz PC2-2600 2,6 GB/s
    DDR2-400 100 MHz 200 MHz 400 MHz PC2-3200 3,2 GB/s
    DDR2-533 133 MHz 266 MHz 533 MHz PC-4200 4,2 GB/s
    DDR2-600 150 MHz 300 MHz 600 MHz PC-4800 4,8 GB/s
    DDR2-667 166 MHz 333 MHz 667 MHz PC-5300 5,3 GB/s
    DDR2-800 200 MHz 400 MHz 800 MHz PC-6400 6,4 GB/s
    DDR2-1000 250 MHz 500 MHz 1000 MHz PC-8000 8 GB/s
    DDR2-1066 266 MHz 533 MHz 1066 MHz PC-8500 8,5 GB/s
    DDR2-1150 286 MHz 575 MHz 1150 MHz PC-9200 9,2 GB/s
    DDR2-1200 300 MHz 600 MHz 1200 MHz PC-2700 9,6 GB/s


    DDR3 SDRAM (tercera versión)





    En aquest cas es millora l'eficiència energètica, en treballar a un voltatge d'1,5 V a la versió d'escriptori. L'encapsulat continua sent de tipus DIMM de 240 pins i la capacitat per mòdul de memòria és de fins a 16 GB. Tampoc no són compatibles amb la resta d'especificacions.

    Un aspecte negatiu de les versions següents a les DDR és que, malgrat que la velocitat puja, també ho fa la latència, encara que en essència, són més veloços sempre que la generació anterior.


    En aquesta nova versió de memòria RAM, es van introduir unes quantes variants en funció de les necessitats dels equips portàtils i la invenció dels Mini PC (NUC), que són bàsicament equips de sobretaula però de dimensions molt petites i consums molt baixos.

  • DDR3: són les tradicionals dordinadors descriptori en encapsulat DIMM i treballant a 1,5 V.
  • DDR3L: en aquest cas funcionen a 1,35 V i estan orientades a portàtils,
    NUC i servidors sota encapsulats So-DIMM, SP-DIMM i Mini DIMM.
  • DDR3U: baixen fins als 1,25V i no són gaire utilitzades.
  • LPDDR3: aquesta memòria consumeix només 1,2 V i estan pensades per al seu ús a Tablet i Smartphone. A més, consumeixen molt poc voltatge quan no estan en ús,por lo que son muy eficientes. Este tipo de chips están directamente soldados a la PCB del dispositivo.


    • Nombre estándar Frecuencia de reloj Frecuencia de bus Velocidad de trasferencia Nombre del módulo Capacidad de transferencia
    DDR3-800 100 MHzv 400 MHz 800 MHz PC3-6400 4,6 GB/s
    DDR3-1066 133 MHz 533 MHz 1066 MHz PC3-8500 8,5 GB/s
    DDR3-1200 150 MHz 600 MHz 1200 MHz PC3-9600 9,6 GB/s
    DDR3-1333 166 MHz 666 MHz 1333 MHz PC3-10600 10,6 GB/s
    DDR3-1375 170 MHz 688 MHz 1375 MHz PC3-11000 11 GB/s
    DDR3-1466 183 MHz 733 MHz 1466 MHz PC3-11700 11,7 GB/s
    DDR3-1600 200 MHz 800 MHz 1600 MHz PC3-12800 12,8 GB/s
    DDR3-1866 233 MHz 933 MHz 1866 MHz PC-14900 14,9 GB/s
    DDR3-2000 250 MHz 1000 MHz 2000 MHz PC-16000 16 GB/s
    DDR3-2133 266 MHz 1066 MHz 2133 MHz PC3-17000 17 GB/s
    DDR3-2200 350 MHz 1100 MHz 2200 MHz PC-18000 18 GB/s


    DDR4 SDRAM (quarta i actual versió)





    Aquestes memòries operen a una freqüència més gran i estan muntades en un encapsulat DIMM de 288 pins. Tot i que la freqüència augmenta de forma considerable, aquestes memòries són encara més eficients, ja que treballen a 1,35 V en PC descriptori i a 1,05 en els casos de portàtils. Les versions més potents de fins a 4600 MHz treballen a 1,45 V.

    Una altra de les novetats que implementen les DDR4, és que són capaces de funcionar en triple i quàdruple canal (Triple Channel i Quad Channel). A més, ja tenim possibilitat de muntar mòdul de fins a 16 i 32 GB en un sol encapsulat.

    De la mateixa manera, aquestes memòries es divideixen en 4 tipus diferents en funció del seu ús:

  • DDR4: són les que s'utilitzen als equips d'escriptori, vénen en un mòdul DIMM de 288 contactes i operen a voltatges d'entre 1,35 i 1,2 V.
  • DDR4L: Aquestes memòries estan dissenyades per a portàtils i servidors i estan muntades en un mòdul So-DIMM a 1,2 V.
  • DDR4U: Com passa amb les anteriors, s'utilitzen per a servidors fonamentalment i també operen a 1,2 V. El seu ús és escàs i estan més esteses les DDR4L.
  • LPDDR4: Estan dissenyades per a dispositius mòbils i treballen a 1,1 o 1,05 V, encara que són menys veloços que les DDR4 descriptori com és normal. Treballen a uns 1600 MHz, encara que també hi ha una altra versió anomenada LPDDR4E que arriba als 2133 MHz.


    • Nombre estándar Frecuencia de reloj Frecuencia de bus Velocidad de trasferencia Nombre del módulo Capacidad de transferencia
    DDR4-1600 200 MHzv 800 MHz 1600 MHz PC4-12800 12,8 GB/s
    DDR4-1866 233 MHz 933 MHz 1866 MHz PC4-14900 14,9 GB/s
    DDR4-2133 266 MHz 1066 MHz 2133 MHz PC4-17000 17 GB/s
    DDR4-2400 300 MHz 1200 MHz 2400 MHz PC4-19200 19,2 GB/s
    DDR4-2666 333 MHz 1333 MHz 2600 MHz PC4-21300 21,3 GB/s
    DDR4-2933 366 MHz 1466 MHz 2933 MHz PC4-32466 32,4 GB/s
    DDR4-3200 400 MHz 1600 MHz 3200 MHz PC4-25600 25,6 GB/s
    ... ... ... ... ... ...
    DDR4-4600 533 MHz 2133 MHz 4600 MHz PC-36800 36,8 GB/s