Seite 1: RAM-FAQ: Was man über den Arbeitsspeicher wissen sollte

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ram faq logoEgal ob Anwendungen oder zum Spielen: Genügend Arbeitsspeicher kann man im Computer nie haben. Was aber sind die wichtigsten Kennzahlen zum Speicher? Und auf was sollte man achten? In dieser FAQ dreht sich alles rund um das Thema Arbeitsspeicher und wir beantworten viele Fragen, die nicht nur für Anfänger, sondern auch für fortgeschrittene Anwender interessant sein dürften.

Wer gar nichts mit dem Thema "Arbeitsspeicher" anfangen kann, wird in dieser FAQ erfahren, wofür er benötigt wird, welche vergänglichen und aktuellen Technologien verwendet wurden und werden. Die richtige Auswahl für den eigenen PC sollte dann kein Problem mehr sein. Aber auch wer schon etwas erweitertes Wissen mitbringt, wird etwas lernen können, denn in vielen Bereichen gehen wir ins Detail. Dann ist auch die Übertaktung oder das Tunen vom Arbeitsspeicher kein Hexenwerk mehr. 

Was ist Arbeitsspeicher und wofür wird er benötigt?

Im IT-Segment wird Arbeitsspeicher generell als RAM (Random Access Memory) bezeichnet. Er ist im Endeffekt ein Zwischenspeicher mit direkter Anbindung jedes einzelnen Speicherchips, auf die geschrieben werden können und von denen gelesen wird. Ausschließlicher Lesezugriff beschreibt hingegen den ROM (Read Only Memory) und trifft beispielsweise auf den BIOS-Chip eines Mainboards oder auch auf nicht wiederbeschreibbare, optische Medien (z.B. Blu-ray) zu. Der RAM selbst kann auch als Kurzzeitgedächtnis eines Computers bezeichnet werden, denn in dem Arbeitsspeicher werden wichtige, für den generellen Betrieb benötigte Dateien abgelegt, die häufig benötigt werden.

Das Betriebssystem selbst, aber auch aktuell laufende Programme benötigen den Zwischenspeicher für die schnelle Ausführung, um größere Verzögerungen zu umgehen. Im Vergleich zur SSD (Solid State Drive), die selbst schon eine Reaktionszeit von weniger als eine Millisekunde hat, ist der RAM hingegen im zweistelligen bis einstelligen Nanosekunden-Bereich unterwegs und demnach noch einmal wesentlich schneller. Um diesen Performanceunterschied zu verdeutlichen: Eine Millisekunde (ms) besteht aus 1.000.000 Nanosekunden (ns). Und eine klassische Festplatte ist noch langsamer. Aus diesem Grund möchte man möglichst viel Arbeitsspeicher haben, damit möglichst viele Anwendungen direkt in diesem laufen können. 

Sind die Daten im RAM permanent vorhanden?

Nein, denn beim RAM handelt es sich um so genannten "flüchtigen Speicher" (engl. volatile memory). Wird der gesamte Computer neu gestartet oder heruntergefahren, so ist der komplette Arbeitsspeicher leer und demnach ohne Inhalt. Wird dann das Betriebssystem wieder gestartet, füllt sich der Arbeitsspeicher wieder mit den wichtigen Daten. Das ist ein klarer Unterschied zur SSD oder Festplatte - und auch zu neueren Speichertechniken (wie Intels 3D Xpoint). Ist der Strom beim RAM weg, sind auch alle Informationen verloren. 

Wie lange gibt es schon Arbeitsspeicher?

Die Geschichte des Arbeitsspeichers geht bis in die 1960er Jahre zurück, bei denen damalige Großrechner mit bis zu 1 Megabyte RAM ausgestattet wurden. Mit der Zeit konnte die Kapazität stetig erhöht werden. Generell muss zwischen synchronen und asynchronen Arbeitsspeicher unterschieden werden. Denn während asynchroner Arbeitsspeicher ohne Taktsignal auskommen muss und damit deutlich weniger Performance bietet, sind mit synchronem Arbeitsspeicher durch die Anbindung des Taktsignals deutlich höhere Datendurchsätze möglich.

Doch der synchrone Arbeitsspeicher wird noch einmal in zwei Kategorien unterteilt, nämlich in statischem und dynamischem RAM. Grob formuliert besteht der Unterschied darin, dass der SRAM (Static Random Access Memory) im Vergleich zum DRAM (Dynamic Random Access Memory) nicht auf ein periodisches Auffrischen angewiesen ist, um die Daten im Speicher halten zu können, sondern ist allein auf die Speicherspannung angewiesen.

Die ersten massentauglichen SIMMs (Single In-Line Memory Module) mit einer Datenbusbreite von 8 Bit wurden ab dem Jahr 1993 von den PS/2-SIMMs abgelöst und zählen zum dynamischen Arbeitsspeicher. Ein alter Bekannter unter den PS/2-SIMMs ist der EDO-RAM (Extended Data Output Random Access Memory) oder auch HPM-RAM (Hyper Page Mode Random Access Memory). Eingeführt wurde der EDO-RAM 1994, der jedoch auch eigentlich zu dem asynchronen Speicher gehört und durch den höheren Lese-Datendurchsatz den FPM-RAM (Fast Page Mode Random Access Memory) abgelöst hat.

DRAM-Standard
Anzahl Pins
Prefetch
Speichertakt (JEDEC)
Spannung (V)
SIMM/
DIMM
SO-
DIMM
real (I/O)
effektiv
Standard
Under-/Overvoltage
EDO-RAM 72 72 - 33-66 MHz 33-66 MHz 5 V, 3,3 V -
SD-RAM 168 72/144 1n 66-133 MHz 66-133 MHz 3,3 V 3,3 V
DDR-SDRAM 184 200 2n 100-200 MHz 200-400 MHz 2,5 V 2,6 V
DDR2-SDRAM 240 200 4n 200-533 MHz 400-1.066 MHz 1,8 V -
DDR3-SDRAM 240 204 8n 400-1.066 MHz 800-2.133 MHz 1,5 V 1,35 V, 1,65 V
DDR4-SDRAM 288 260 8n 800-1.600 MHz 1.600-3.200 MHz 1,2 V 1,05 V, 1,35-1,45 V
DDR5-SDRAM ? ? ? 2.400-3.200 MHz 4.800-6.400 MHz 1,1 V ?

Der direkte Nachfolger stellt der SD-RAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) ab dem Jahr 1997 mit inkludiertem Taktsignal dar, das die erhöhte Performance im Vergleich zum EDO-RAM erklärt. Während der EDO-RAM mit 33 bis 66 MHz spezifiziert wurde, arbeitet der SD-RAM mit 66-133 MHz zusammen mit dem Prefetching (heuristisches Vorladen von Daten) von einem Bit doppelt so schnell.

Wenige Jahre später stand mit dem RD-RAM (Rambus Dynamic Random Access Memory) eine neue Halbleiter-Technologie im Raum, die sich allerdings aufgrund von hohen Latenzen bei höherer CRIMM-Bestückung (Continuity Rambus In-Line Memory Module) und der Intel-Exklusivität nicht durchsetzen konnte und hingegen im Jahr 1999 vom DDR-SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) abgelöst wurde und sich erst drei Jahre später im Endverbrauchermarkt etablieren konnte. DDR-SDRAM stellt dabei eine Weiterentwcklung von SD-RAM mit einer ordentlichen Leistungssteigerung dar. Ab hier begann auch Hardwareluxx mit dem Testen - die ersten Speichermodule, die wir im Test hatten, waren in der Tat DDR-SDRAM-Module

Es folgten die zweite Generation (DDR2-SDRAM) ab dem Jahr 2003, die dritte (DDR3-SDRAM) ab dem Jahr 2007 und die noch aktuelle vierte Generation des DDR-SDRAM-Standards (DDR4-SDRAM) ist seit 2014 erhältlich. Mit dem DDR4-SDRAM-Standard sind weit höhere Frequenzen möglich, wobei der Prefetch mit dem DDR3-SDRAM identisch geblieben ist und gleichzeitig die Speicherkapazität pro DIMM (Dual In-Line Memory Module) für den Endverbraucher zunächst auf 16 GB angehoben und später auf 32 GB erweitert wurde. Doch mit dem DDR5-SDRAM-Standard steht bereits die nächste Generation in den Startlöchern und verspricht weiteren Leistungszuwachs. Jedoch wurde der DDR5-SDRAM von der JEDEC (vormals: Joint Electron Device Engineering Council, heute: JEDEC Solid State Technology Association) noch nicht final spezifiziert.

Gerade an den gesteigerten Taktfrequenzen und der stets reduzierten Spannung wird ersichtlich, dass mit jeder DDR-SDRAM-Generation die Effizienz immens gesteigert wurde.

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