Hiện nay, RAM trở thành một phần không thể thiếu trong hầu hết các thiết bị di động và điện tử. Vậy RAM là gì? Nó được cấu tạo như thế nào? Nguyên lý hoạt động của RAM là gì và lý do tại sao các thiết bị điện tử cần đến RAM là gì? Bài viết này PCMag sẽ giải đáp những thắc mắc đó.
RAM là gì?
RAM (Random Access Memory) là một thành phần không thể thiếu trong hệ thống máy tính, đóng vai trò như bộ nhớ tạm thời, giúp lưu trữ dữ liệu đang được sử dụng để CPU có thể truy cập và xử lý một cách nhanh chóng.
Khác với ổ cứng, RAM không giữ được dữ liệu khi không còn điện. Nói cách khác, mỗi khi máy tính được tắt hoặc khởi động lại, dữ liệu trên RAM sẽ bị xóa đi.
RAM có mặt trong nhiều loại thiết bị điện tử khác nhau như máy chủ, máy tính cá nhân, máy tính bảng, điện thoại di động và máy in.
Nguyên lý hoạt động của RAM
Khi bạn khởi động một ứng dụng trên điện thoại thông minh hoặc máy tính, thông tin của ứng dụng đó sẽ được chuyển từ ổ cứng và lưu vào RAM.
Tại thời điểm này, CPU sẽ truy cập và sử dụng dữ liệu trên RAM để xử lý, đáp ứng các lệnh của người dùng, và sau đó, dữ liệu có thể được ghi trở lại ổ cứng. Điều này là do RAM có tốc độ cao hơn ổ cứng rất nhiều, giúp quá trình xử lý thông tin nhanh chóng và hiệu quả.
Cấu tạo của RAM
RAM bao gồm năm thành phần chính, bao gồm: Bo mạch chủ, vi xử lý, các ngân hàng bộ nhớ, chip SPD và bộ đếm thời gian.
Bo mạch
Là bảng mạch chứa tất cả các thành phần cấu thành RAM, nối các phần tử bộ nhớ với máy tính qua một mạch silicon bán dẫn.
Vi xử lý
Khác với DRAM truyền thống (không đồng bộ), các hoạt động của bộ nhớ SDRAM được đồng bộ hóa với bộ xử lý để làm đơn giản hóa giao diện điều khiển và giảm bớt việc tạo ra các tín hiệu dư thừa.
Ngân hàng bộ nhớ
Ngân hàng bộ nhớ bao gồm các đơn vị lưu giữ dữ liệu. Trong loại bộ nhớ SDRAM, luôn tồn tại ít nhất hai ngân hàng lưu trữ, điều này tạo điều kiện cho việc truy nhập song song giữa chúng.
Chip SPD ((Serial Presence Detect))
Trong SDRAM, một chip nhận diện số liệu (SPD) được lắp đặt trên bo mạch, chứa các thông tin cơ bản như loại, dung lượng, tốc độ và thời gian truy cập của bộ nhớ. Chip SPD giúp hệ thống máy tính tự động nhận diện và truy cập các thông tin này trong quá trình khởi động.
Bộ đếm
Bộ đếm địa chỉ trên chip đóng vai trò theo dõi vị trí của các địa chỉ cột để hỗ trợ việc truy cập dữ liệu nhanh chóng. Nó thực hiện việc này thông qua việc sử dụng cả hai phương thức truy cập: tuần tự và xen kẽ.
RAM có ý nghĩa như thế nào trên các thiết bị di động
RAM đóng vai trò là cầu nối giữa bộ xử lý và các tệp hệ thống như ROM, với mục đích chính là đẩy nhanh quá trình cung ứng thông tin, lệnh và tác vụ.
Dữ liệu cần thiết cho vi xử lý, bao gồm tệp hệ điều hành, dữ liệu ứng dụng, đồ họa trò chơi và các tác vụ khác, sẽ được tạm thời lưu trữ trên RAM để sẵn sàng cho việc truy xuất tức thì.
Mỗi vị trí trong RAM có một địa chỉ duy nhất. Không có RAM, thiết bị di động và máy tính sẽ không thể xử lý ngay cả những công việc cơ bản do tốc độ truy cập dữ liệu chậm. Do đó, RAM là thành phần không thể thiếu trong các thiết bị này.
Khi dung lượng RAM không đủ để đáp ứng nhu cầu, hệ điều hành sẽ chuyển sang dùng bộ nhớ ảo, một phần của ổ đĩa cứng, để lưu trữ tạm thời dữ liệu.
Các loại RAM phổ biến hiện nay
RAM phân thành hai dạng chính: SRAM và DRAM.
- SRAM (RAM tĩnh): Giữ dữ liệu ổn định không bị mất khi có điện và chỉ mất dữ liệu khi máy tính được tái khởi động. Loại này thường được dùng để bảo quản dữ liệu cần thiết ngay khi máy khởi động.
- DRAM (RAM động): Chủ yếu dùng để lưu giữ thông tin tạm thời trong quá trình hoạt động của ứng dụng và có khả năng được giải phóng khỏi bộ nhớ sau khi ứng dụng đóng hoặc máy được tắt.
Các loại RAM động
- SDRAM viết đầy đủ là Synchronous Dynamic RAM còn được biết đến dưới tên gọi RAM động đồng bộ.
- DDR (Double Data Rate SDRAM) là bản cải tiến từ SDR, với 184 chân kết nối, nhưng ngày nay đã ít được sử dụng trên các máy tính mới.
- DDR2: Bước tiến hóa từ DDR, có 240 chân kết nối và cung cấp tốc độ nhanh hơn đáng kể, phổ biến trong các máy tính đời cũ.
- DDR3: Hiện đang được ưa chuộng với tốc độ cao, là dạng RAM thông dụng.
- DDR4: Ra mắt vào năm 2014, kế nhiệm DDR3 với các cải tiến về tốc độ truyền dữ liệu từ 2133 đến 4266 MHz và sử dụng điện áp thấp hơn là 1.2V, có giá thành cao hơn DDR3.
- DDR5: Là bước tiến mới nhất sau DDR3 và DDR4, nổi bật với khả năng hỗ trợ dung lượng lên tới 128GB cho mỗi module, so với 32GB của DDR4 và 8GB của DDR3, mở ra cơ hội nâng cấp hệ thống với dung lượng RAM khổng lồ.
- RDRAM hay Rambus Dynamic RAM: Còn được gọi là RAM bus, là loại RAM được phát triển dựa trên công nghệ mới, khác biệt so với các thế hệ RAM trước đó.
Các loại module RAM
RAM có hai dạng module chính: DIMM và SIMM.
Mô-đun bộ nhớ trong dòng đơn (SIMM – Single In-line Memory Module): Chỉ có các chân kết nối ở một bên và các chân này được nối với nhau. SIMM cần phải được cài đặt theo cặp để đạt hiệu suất tối ưu. SIMM chỉ hỗ trợ tối đa 32 bit dữ liệu mỗi chu kỳ và hoạt động ở mức điện áp 5 volt.
Mô-đun bộ nhớ trong dòng kép (DIMM – Dual In-line Memory Module): Khi công nghệ tiến bộ, DIMM hay Mô-đun Bộ Nhớ Dòng Kép đã thay thế SIMM. DIMM có chân kết nối trên cả hai mặt, mặt trước và sau, với mỗi hàng chân hoạt động độc lập, giúp tăng gấp đôi khả năng truyền dữ liệu và hỗ trợ các bộ vi xử lý 64-bit.
So với SIMM, DIMM cung cấp tốc độ cao hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn, thường đi kèm với số lượng chân là 168, 184, 214 hoặc 244.
Các thông số trên RAM
Để chọn được sản phẩm phù hợp, việc hiểu rõ về RAM và các thông số kỹ thuật liên quan là cần thiết.
- Capacity (Dung lượng): Đây là chỉ số thể hiện khả năng lưu trữ dữ liệu của RAM, với các mức dung lượng phổ biến như: 2GB, 4GB, 8GB, 16GB, 32GB, cho phép người dùng lựa chọn tùy theo nhu cầu sử dụng.
- ECC (Error Checking and Correction – Kiểm tra và Sửa lỗi): Là tính năng quan trọng trong RAM của hệ thống máy chủ, giúp kiểm tra và sửa chữa lỗi tự động. RAM ECC có hai dạng là ECC không đệm (unbuffered ECC) và ECC đã đăng ký (registered ECC).
- Bus: Là tập hợp các đường truyền tín hiệu điện tử, hoạt động như một kênh dẫn dữ liệu giữa các thành phần như CPU, bộ nhớ, và thiết bị nhập/xuất. Bus giống như hệ thống đường ống trong vận chuyển nước, chuyển dữ liệu tới và đi từ các bộ phận.
- CAS (Column Address Strobe) hoặc Độ trễ: Đo lường thời gian giữa lúc lệnh được gửi tới RAM và khi nhận được phản hồi từ CPU, phản ánh tốc độ phản hồi của RAM.
- Refresh Rate (Tần số làm mới): RAM máy chủ bao gồm hàng trăm tế bào điện tử cần được tái nạp điện năng hàng nghìn lần mỗi giây để không mất dữ liệu lưu trữ. Đây là lý do tại sao bộ nhớ động (DRAM) cần quá trình làm mới định kỳ.
- SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory – Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động đồng bộ): Dù đã từng rất phổ biến, hiện nay, SDRAM ít được sử dụng hơn do sự phát triển của công nghệ DDR RAM, với khả năng tăng tốc độ truy xuất dữ liệu đáng kể so với SDRAM.
- DDRRAM (Double Data Rate Random Access Memory – Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động tốc độ dữ liệu kép): Loại RAM này có khả năng truyền dẫn hai dữ liệu trong cùng một chu kỳ xung nhịp, tăng cường hiệu suất.
- DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory – Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động đồng bộ tốc độ dữ liệu đơn): Khả năng “tốc độ dữ liệu đôi” của DDR SDRAM cho phép bộ nhớ xử lý một lệnh đọc và một lệnh ghi trong mỗi chu kỳ, giúp phân biệt giữa SDR SDRAM và DDR SDRAM.
Sự khác biệt RAM máy tính và RAM điện thoại
Chức năng cơ bản của cả hai loại RAM là như nhau, nhưng do đặc thù của các thiết bị mà chúng đều có những điểm khác biệt rõ rệt.
- Đầu tiên, RAM dành cho điện thoại di động được thiết kế nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng, nhằm đáp ứng nhu cầu di động và kéo dài thời gian sử dụng pin cho smartphone.
- Thứ hai, RAM trong điện thoại thường được tích hợp sẵn vào chip xử lý chính, làm cho việc nâng cấp hoặc thay đổi RAM trở nên khó khăn hơn so với máy tính để bàn hay laptop.
- Cuối cùng, RAM trên điện thoại còn đóng vai trò như một bộ nhớ chung cho cả vi xử lý chính lẫn bộ xử lý đồ hoạ, không giống như trên máy tính có thể có RAM riêng biệt cho việc xử lý đồ hoạ.
Dung lượng RAM bao nhiêu là đủ?
Máy tính
Hiện nay, các laptop thường được trang bị ít nhất 2GB RAM, trong khi một số mẫu máy khác có RAM lên tới 8GB, và các mẫu laptop cao cấp hơn có thể sở hữu từ 12GB đến 16GB RAM.
Mức RAM cơ bản 2GB phù hợp với các tác vụ đơn giản như lướt web, gửi email, xem video, hoặc chơi game nhẹ. Với 4GB RAM, một chiếc laptop chạy Windows có thể đáp ứng được nhu cầu của đại đa số người dùng hiện nay.
8GB RAM mang lại hiệu suất đủ mạnh mẽ cho hầu hết các hoạt động sử dụng, và dung lượng RAM cao hơn như 12GB hoặc 16GB thường nhắm đến những người dùng có nhu cầu chuyên biệt như chơi game 3D, thiết kế đồ họa hay xử lý các bảng tính lớn trong kế toán.
Điện thoại
Đối với những người dùng chỉ cần thực hiện các công việc cơ bản như duyệt internet, xem phim, hoặc chơi game nhẹ, mức RAM từ 2GB đến 3GB đã là đủ.
Tuy nhiên, đối với những người có nhu cầu cao hơn, như sử dụng ứng dụng đòi hỏi nhiều tài nguyên hay chơi các trò chơi với đồ hoạ từ mức trung bình trở lên, thì một lượng RAM tối thiểu từ 4GB sẽ phù hợp hơn.
