A memória RAM (Random Access Memory) é a forma mais conhecida de memória de computador. A memória RAM é considerada de "acesso aleatório" porque é possível acessar diretamente qualquer célula da memória se você conhece a linha e a coluna que cruzam essa célula.
O oposto da memória RAM é a memória de acesso serial (SAM). A memória SAM armazena dados como uma série de células de memória que podem somente ser acessadas seqüencialmente (como uma fita cassete). Se o dado não está na localização atual, cada célula da memória é verificada até que os dados necessários sejam encontrados. A memória SAM funciona muito bem para buffers de memória, onde os dados são normalmente armazenados na ordem em que serão usados (um bom exemplo é a memória buffer de textura em uma placa de vídeo). Os dados RAM, por outro lado, podem ser acessados em qualquer ordem.
Embora seja brutalmente mais rápida que o HD e outros periféricos, a memória RAM continua sendo muito mais lenta que o processador. O uso de caches diminui a perda de desempenho, reduzindo o número de acessos à memória; mas, quando o processador não encontra a informação que procura nos caches, precisa recorrer a um doloroso acesso à memória principal, que em um processador atual pode resultar em uma espera de mais de 150 ciclos.
Para reduzir a diferença (ou pelo menos tentar impedir que ela aumente ainda mais), os fabricantes de memória passaram a desenvolver um conjunto de novas tecnologias, a fim de otimizar o acesso aos dados, dando origem aos módulos de memória DDR2 e DDR3 utilizados atualmente.
Começando do básico, um chip de memória é um exército de clones, formado por um brutal número de células idênticas, organizadas na forma de linhas e colunas, de forma similar a uma planilha eletrônica.
O chip de memória em si serve apenas para armazenar dados, não realiza nenhum tipo de processamento. Por isso, é utilizado um componente adicional, o controlador de memória, que pode ser incluído tanto no chipset da placa-mãe quanto dentro do próprio processador, como no caso dos processadores AMD a partir do Athlon 64 e dos processadores Intel a partir do Core i7.
Para acessar um determinado endereço de memória, o controlador primeiro gera o valor RAS (Row Address Strobe), ou o número da linha da qual o endereço faz parte, gerando em seguida o valor CAS (Column Address Strobe), que corresponde à coluna. Quando o RAS é enviado, toda a linha é ativada simultaneamente; depois de um pequeno tempo de espera, o CAS é enviado, fechando o circuito e fazendo com que os dados do endereço selecionado sejam lidos ou gravados:
Não existe um caminho de volta, ligando cada endereço de volta ao controlador de memória. Em vez disso, é usado um barramento comum, compartilhado por todos os endereços do módulo. O controlador de memória sabe que os dados que está recebendo são os armazenados no endereço X, pois ele se "lembra" que acabou de acessá-lo.
Antigamente (na época dos módulos SIMM de 30 vias usados nos micros 386 e 486), cada chip de memória se comportava exatamente dessa forma, lendo um bit de cada vez. Os módulos de 30 vias eram compostos por 8 chips de memória (com exceção dos módulos com paridade, que usavam 9 chips), o que resultava na leitura de 8 bits por ciclo. Apesar disso, o processador lia 32 bits de dados a cada ciclo, de forma que era necessário usar os módulos em quartetos.
Do ponto de vista do processador, não existia divisão, os chips eram acessados como se fossem um só. O processador não via 32 endereços separados, em 32 chips diferentes, mas sim um único endereço, contendo 32 bits.
Nos módulos DIMM atuais são geralmente usados 8 chips de 8 bits cada um, formando os 64 bits fornecidos ao processador. Existem ainda módulos com 16 chips de 4 bits cada, ou ainda, módulos com 4 chips de 16 bits (comuns em notebooks). Do ponto de vista do processador, não faz diferença, desde que somados, os chips totalizem 64 bits.
Imagine que o controlador de memória envia sequências com 4, 8 ou 16 pares de endereços RAS e CAS e recebe de volta o mesmo número de leituras de 64 bits. Mesmo em casos em que o processador precisa de apenas alguns poucos bytes, contendo uma instrução ou bloco de dados, ele precisa ler todo o bloco de 64 bits adjacente, mesmo que seja para descartar os demais.
No caso dos chipsets e processadores com controladores de memória dual-channel, continuamos tendo acessos de 64 bits, a única diferença é que agora o controlador de memória é capaz de acessar dois endereços diferentes (cada um em um módulo de memória) a cada ciclo de clock, ao invés de apenas um. Isso permite transferir o dobro de dados por ciclo, fazendo com que o processador precise esperar menos tempo ao transferir grandes quantidades de dados.
Na verdade, nos PCs contemporâneos, praticamente qualquer dispositivo pode acessar a memória diretamente através do barramento PCI Express, PCI (ou AGP no caso de micros mais antigos) e até mesmo a partir das portas SATA, IDE e USB. Naturalmente, todos os acessos são coordenados pelo processador, mas como a memória é uma só, temos situações onde o processador precisa esperar para acessar a memória, porque ela está sendo acessada por outro dispositivo.
Existem várias formas de melhorar o desempenho da memória RAM. A primeira é aumentar o número de bits lidos por ciclo, tornando o barramento mais largo, como o aumento de 32 para 64 bits introduzida pelo Pentium 1, que continua até os dias de hoje. O problema em usar um barramento mais largo é que o maior número de trilhas necessárias, tanto na placa-mãe quanto nos próprios módulos de memória, aumentam a complexidade e o custo de produção.
A segunda é acessar dois ou mais módulos de memória simultaneamente, como nas placas e processadores com controladores de memória dual-channel ou triple-channel. O problema é que nesse caso precisamos de dois módulos, além de circuitos e trilhas adicionais na placa-mãe e pinos adicionais no soquete do processador.
A terceira é criar módulos de memória mais rápidos, como no caso das memórias DDR2 e DDR3. Essa questão da velocidade pode ser dividida em dois quesitos complementares: o número de ciclos por segundo e a latência, que é o tempo que a primeira operação numa série de operações de leitura ou escrita demora para ser concluída. O tempo de latência poderia ser comparado ao tempo de acesso de um HD, enquanto o número de ciclos poderia ser comparado ao clock do processador.
É aqui que entram as diferentes tecnologias de memórias que foram introduzidas ao longo das últimas décadas, começando pelas memórias regulares, usadas nos XTs e 286, que evoluíram para as memórias FPM, usadas em PCs 386 e 486, em seguida para as memórias EDO, usadas nos últimos micros 486s e nos Pentium. Estas três primeiras tecnologias foram então substituídas pelas memórias SDR-SDRAM, seguidas pelas memórias DDR e pelas DDR2 e DDR3 usadas atualmente.
Fonte: Carlos Morimoto
Novas memórias RAM estão a caminho do mercado com o dobro de velocidade do atual padrão, DDR4. A JEDEC, organização que define padrões de memória para computador, já anunciou que pretende começar a demonstrar a nova tecnologia em junho deste ano para torná-la pronta para o uso em 2018.
O padrão DDR5 pode ser um grande salto em comparação com o que existe atualmente. A tecnologia promete o dobro de largura de banda para memória e densidade do que o DDR4 oferece, além de consumir menos energia. A organização, no entanto, não deu detalhes sobre números.
Apesar de 2018 ser o ano em que o DDR5 estará pronto, deve demorar mais alguns anos para que as novas memórias possam ser aproveitadas. Isso se deve ao fato de que controladores em processadores precisam ser atualizados para suportar a nova tecnologia. O problema disso é que estes chips demoram entre dois e três anos para serem desenvolvidos do zero. Ou seja: se as novas memórias estiverem prontas para serem usadas em 2018, o hardware compatível com elas só deve estar disponível a partir de 2020, em uma previsão otimista.
O site Ars Technica faz uma comparação com a introdução das memórias RAM DDR4, que foram finalizadas em 2012, mas só começaram a estar disponíveis para o consumidor em 2015, quando os processadores compatíveis começaram a aparecer.
Fica a questão de quão importante ainda será a memória RAM no momento em que o DDR5 se tornar mainstream. Recentemente, a Intel introduziu os primeiros drives Optane, que tentam combinar a densidade, capacidade e a não-volatilidade do SSD com velocidade que se aproxima do que a memória RAM oferece.
Há muito tempo que os PCs funcionam da mesma forma. O drive guarda um grande volume de dados, mas a memória RAM alimenta o processador por ter maior velocidade, com o ponto negativo de que as informações da RAM desaparecem quando um programa é fechado ou quando o computador é desligado. Se o vão de desempenho entre as duas tecnologias for fechado, a RAM pode estar com os dias contados.
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