RAM
Englisch: random access memory
Computerspeicher, in der Regel flüchtig, der während des Betriebs Programm- und Datenwerte speichert und bei dem jedes Speicherwort direkt (zufällig) zugegriffen werden kann.
RAM: der Arbeitstisch des Computers, nicht sein Aktenschrank
Arbeitsspeicher (RAM) ist der schnelle, temporäre Speicher, den ein Prozessor während seiner Arbeit nutzt. Anders als eine Festplatte oder Flash-Speicher verliert RAM seinen gesamten Inhalt sofort, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird. Ein moderner Arbeitsplatzrechner könnte 16 oder 32 Gigabyte RAM haben; eine industrielle Steuerung kommt oft mit deutlich weniger aus. Der Prozessor kann von jeder beliebigen Adresse im RAM in ungefähr gleicher Zeit lesen oder schreiben, das ist das Prinzip des "zufälligen Zugriffs". Das unterscheidet sich von sequenziellem Speicher wie Magnetband, wo man sich durch alles Vorangegangene durcharbeiten muss, um das Gewünschte zu erreichen.
Der wesentliche Unterschied liegt in der Flüchtigkeit. RAM ist flüchtiger Speicher: er benötigt ständig elektrische Energie, um seinen Inhalt zu bewahren. DRAM (dynamischer RAM) ist der verbreitetste Typ in der allgemeinen Datenverarbeitung. Er speichert elektrische Ladung in winzigen Kondensatoren, je einer pro Bit, und muss tausende Male pro Sekunde aufgefrischt werden, um zu verhindern, dass die Ladung entweicht. SRAM (statischer RAM) nutzt stattdessen stabile Flip-Flops und benötigt keine Auffrischung, kostet aber mehr pro Byte und verbraucht mehr Strom. Industrielle Geräte setzen oft SRAM ein, wenn Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit wichtiger sind als Kosten. Spezialanwendungen nutzen NVRAM (nicht flüchtiger RAM), das die Geschwindigkeit von RAM mit dauerhaftem Speicher verbindet, üblicherweise durch Batterieunterstützung oder Flash-Speicher neben einem SRAM-Feld.
Die Geschwindigkeit von RAM wird in Zugriffszeit (typischerweise Nanosekunden) und Bandbreite (Gigabyte pro Sekunde) gemessen. Moderne DRAM-Geschwindigkeiten werden in MHz oder Datentransferrate angegeben (z. B. DDR4-3200 für Datentransfer mit 3200 MHz). Latenz, die Verzögerung zwischen einer Leseanfrage und dem Erscheinen der Daten, ist für Echtzeitsysteme entscheidend. Bei Herstellungssteuerung, Servoantrieben und Prüfgeräten kann langsamer Speicher zu inakzeptablem Jitter oder verpassten Zeitfenstern führen. Industrielle eingebettete Systeme geben die RAM-Zeiten oft explizit in ihren Datenblättern an.
Ausfallarten und Umweltgrenzen
RAM verschleißt unter thermischer Belastung. Die meisten DRAM-Module arbeiten im Bereich 0 bis 70 Grad Celsius; eine Überschreitung dieser Grenzen verkürzt die Lebensdauer und erhöht die Rate von Soft Errors. Soft Errors (Einzelbit-Umkehrungen durch kosmische Strahlung oder Alphateilchen) sind bei einem einzelnen Modul selten, aber statistisch bedeutsam in großen Installationen oder Luft- und Raumfahrtanwendungen. ECC-RAM (Error-Correcting-Code RAM) erkennt und korrigiert Einzelbit-Fehler in Echtzeit, entscheidend für Server und kritische Steuerungssysteme. Parity-RAM ist ein einfacheres Verfahren, das Fehler nur erkennt, ohne sie zu korrigieren.
In industriellen Umgebungen muss RAM Vibrationen, elektrisches Rauschen und extreme Temperaturen aushalten. Militär- und Luftfahrtspezifikationen (z. B. MIL-STD) erfordern oft erweiterte Temperaturbereiche. Burst Errors, mehrere beschädigte Bits zusammen, können durch Stromversorgungsspitzen oder elektromagnetische Störungen auftreten; richtige Entkopplungskondensatoren und Abschirmung mindern diese Risiken. RAM-Module selbst lassen sich in eingebetteten Systemen meist nicht im Feld austauschen; stattdessen wird das ganze Board gewechselt. Desktop- und Server-RAM nutzen Standard-Bauformen (DIMM, SO-DIMM), was einen Austausch nach Ausschaltung und Entladung des Systems straightforward macht.