Hoe werkt RAM?

Random Access Memory – beter bekend als RAM of geheugen – is cruciaal voor de vlotte werking van je computer. Telkens wanneer je een applicatie opent, wordt de RAM aangesproken om gegevens te bewaren. Deze data kan achteraf weer snel opgevraagd worden, waardoor een applicatie snel taken uitvoert. Zelfs je besturingssysteem – of dat nu Windows, macOS of Linux is – maakt continu gebruik van het geheugen van je computer. Zonder dit stukje hardware zou je computer erg traag reageren, aangezien een SSD of harde schijf trager werkt. Hoe zorgt RAM ervoor dat je computer vlot functioneert?

Willekeurige volgorde

RAM dankt zijn naam aan het feit dat je op willekeurige plaatsen data kan uitlezen. Je hoeft geen bepaalde volgorde te gebruiken of je beperken tot een bepaalde rij of kolom. Het omgekeerde van Random Access Memory is Serial Access Memory (SAM). Een voorbeeld van dit type opslag is tape: je kan data niet in willekeurige volgorde uitlezen, maar moet deze één voor één afgaan in de volgorde dat ze op de tape staat. SAM is uitermate geschikt voor buffers, waarbij data in de volgorde wordt opgeslagen dat je deze nodig hebt. RAM werkt daarentegen beter als computergeheugen, aangezien applicaties hun data in willekeurige volgorde raadplegen.

Werking

Net zoals een microprocessor bestaat een geheugenchip uit een geïntegreerd circuit met miljoenen transistoren en condensatoren. Doorgaans bevat een computer Dynamic Random Access Memory (DRAM). Bij dit type geheugen worden een transistor en condensator aan elkaar gekoppeld om een geheugencel te creëren. Iedere geheugencel stelt een bit voor, waarbij de condensator de informatie (een 0 of een 1) bevat. De transistor fungeert daarentegen als een schakelaar en laat het controlecircuit de informatie uit de condensator lezen, of deze aanpassen.

Een condensator kan je het best vergelijken met een emmer die elektronen bevat. Wanneer je een 1 bewaart in een geheugencel zal dat emmertje volledig gevuld worden met elektronen; is de emmer leeg dan heb je daarentegen een 0. Wanneer een geheugencel wordt uitgelezen, wordt gekeken naar hoeveel de desbetreffende condensator geladen is. Een laadniveau van meer dan 50 procent kom overeen met een 1, terwijl een laadniveau van minder dan 50 procent een 0 voorstelt.

Een condensator heeft echter een lek in zijn emmer waarlangs continu elektronen wegvloeien, waardoor binnen enkele nanoseconden een 1 in een 0 verandert. Hier steekt het dynamische gedeelte van het geheugen de kop op: je moet de emmertjes continu – dynamisch – bijvullen met elektronen om de gestockeerde data niet te verliezen. Een geheugencontroller overloopt alle geheugencellen en bepaalt of het een 1 betreft dat moet worden bijgevuld.

sRAM

Static Random Access Memory (sRAM) maakt in tegenstelling tot DRAM gebruik van flip-flops. Flip-flops zijn boolean gates die je op een zodanige manier combineert dat geheugen ontstaat. Het eenvoudigste voorbeeld van dit principe is een feedbacklus met twee NOT-poorten. Wanneer je waarde 1 hebt, zal de bit via de feedbacklus tweemaal worden omgekeerd, zodat je wederom waarde 1 bekomt. In de praktijk worden doorgaans ingewikkeldere schakelingen gebruikt, maar het basisprincipe blijft hetzelfde.

Een flip-flop in een geheugencel bestaat uit vier tot zes transistoren en moet je nooit opnieuw opladen, zoals bij DRAM wel het geval is. Doordat dit type geheugencel uit meer componenten bestaat, kan je echter minder cellen op een chip plaatsen. Je hebt bijgevolg minder geheugen per chip, waardoor statische RAM duurder is dan dynamische RAM. Hier staat tegenover dat sRAM sneller werkt dan zijn tegenhanger. Het geheugen wordt daarom vaak gebruikt voor de snelle cache van processors. Aangezien de technologie duur is en je slechts een beperkte hoeveelheid geheugen per chip hebt, wordt sRAM niet ingezet voor het geheugen van je computer. Voor deze toepassing is dynamisch geheugen beter geschikt.

Productiviteit

RAM is essentieel voor de vlotte werking van je computer, zeker wanneer je veel aan multi-tasken doet. Je processor en grafische kaart bepalen grotendeels hoe snel je computer kan werken, maar wie te weinig geheugen voorziet, creëert een flessenhals in zijn computer. Slechts wanneer je computer voldoende geheugen heeft, kan je maximaal profiteren van de andere hardware in je systeem.

Toch hoef je je computer niet van een buitenproportionele hoeveelheid geheugen te voorzien. Je kan RAM het best vergelijken met je bureau. Hoe groter je bureau is, hoe beter je kan werken. Wanneer je slechts enkele documenten moet lezen, zal je echter maar een fractie van deze ruimte gebruiken. Met een kleinere bureau ben je bijgevolg even productief. Stel dat je daarentegen een kunstenaar bent die grote schilderijen maakt, dan kan je een groot bureau wel volledig benutten en zal je productiviteit zakken wanneer je een te kleine tafel gebruikt. Te weinig RAM zal je computer met andere woorden trager maken. Eenmaal je toestel voldoende geheugen heeft om alle taken die je uitvoert te verwerken, voel je echter geen verbetering wanneer je extra RAM in je computer stopt.

Wisselbestand

Eenmaal je de limiet van je RAM bereikt, zal je computer gebruik maken van een zogenaamd wisselbestand. Het gebrek aan geheugen wordt op zo’n moment gecompenseerd door de data op je harde schijf op te slaan. Je computer gebruikt een wisselbestand op dezelfde manier als RAM: hij zal continu data lezen en schrijven. Je harde schijf is echter een stuk trager dan RAM, waardoor je computer voelbaar trager reageert.

Wanneer we wederom de analogie van het bureau gebruiken, moet je je een tafel voorstellen die volledig gevuld is met allerhande documenten. Hierdoor heb je geen plaats om nieuwe papieren op je bureau te leggen en moet je deze tijdelijk stockeren in een kast. Dat neemt meer tijd in beslag dan het document simpelweg op het bureaublad te leggen en zorgt ervoor dat je harder zal moeten zoeken om het document weer terug te vinden. Je doet er langer over om de juiste documenten te vinden, waardoor het langer duurt alvorens je ermee aan de slag kan gaan. Je computer zal soortgelijke problemen ondervinden.

Hoeveelheid RAM

Om te voorkomen dat je computer op een wisselbestand terugvalt, moet je je systeem van voldoende RAM voorzien. Hoeveel geheugen je nodig hebt, hangt sterk af van de manier waarop je je computer gebruikt. Voer je slechts basistaken, zoals bestandsbewerking, uit en doe je niet aan multi-tasking, dan is 2 GB RAM al voldoende. Vanaf het moment dat je eveneens op het internet gaat en veel tabbladen opent, schiet dat geheugen echter tekort. Ook wie grote documenten bewerkt en aan multi-tasken doet, heeft meer geheugen nodig. In dat geval heb je aan 4 GB RAM voldoende.

Basis fotobewerking kan je eveneens met 4 GB geheugen doen, maar wanneer je zwaardere bewerkingen doet en met video’s aan de slag gaat heb je nood aan extra RAM. Ook wie graag spellen speelt en regelmatig meer dan 30 tabbladen opent in zijn browser zal pas tevreden zijn met 8 GB geheugen.

Grotere geheugens zijn bijna uitsluitend weggelegd voor gamers, al zullen zware videobewerkers hier eveneens nood aan hebben. High-end spellen vereisen vaak 16 GB geheugen en voor een krachtig workstation heb je 32 GB RAM nodig.