RAM einfach erklärt: Funktion und Speicherarten

Daten sind Informationen, etwa Texte oder Bilder. Ein Programm ist eine Folge von Anweisungen für einen Computer. Der Prozessor ist das Bauteil, das solche Anweisungen ausführt. Der Arbeitsspeicher hält Daten bereit, die laufende Programme brauchen. Mit RAM ist im Computeralltag oft dieser Arbeitsspeicher gemeint.

Der Prozessorcache, kurz Cache, ist ein besonders schneller Zwischenspeicher beim Prozessor. Er hält Datenkopien für schnelle Zugriffe bereit. Fehlen dort benötigte Daten, werden sie aus einer weiteren Speicherstufe geholt, etwa aus dem Arbeitsspeicher. Auch ein Cache kann technisch aus RAM bestehen. Arbeitsspeicher und Prozessorcache benennen hier verschiedene Aufgaben.

Eine Festplatte ist ein Datenträger, also ein Gerät zum Aufbewahren von Daten. Sie gehört zum dauerhaften Speicher: Gespeicherte Daten bleiben auch ohne Strom erhalten. Eine Datei ist eine zusammengehörige Sammlung von Daten, etwa ein gespeichertes Bild. Die hier behandelten üblichen Arbeitsspeicher und Prozessorcaches verlieren ihren Inhalt, wenn ihre Stromversorgung endet. Ein Zugriff auf eine Festplatte dauert üblicherweise länger als ein Zugriff auf den Arbeitsspeicher.

Eine Speicherzelle ist ein kleiner Teil eines Speichers, der Information aufbewahren kann. Eine Speicheradresse ist eine Art Ortsangabe für eine erreichbare Stelle im Speicher. Je nach Bauweise gehört eine Adresse zu einer einzelnen Zelle oder zu einer Gruppe von Zellen.

Bei wahlfreiem Zugriff erreicht der Computer die gewünschte Stelle direkt über ihre Adresse. Er muss dafür nicht erst frühere Stellen der Reihe nach lesen. „Wahlfrei“ meint keine zufällige Auswahl.

Flüchtig bedeutet: Die gespeicherten Daten gehen verloren, wenn die Stromversorgung dieses Speichers endet. Übliche Arbeitsspeicher und Prozessorcaches sind flüchtig. Es gibt aber auch RAM-Arten, die ihre Daten ohne Strom behalten. Deshalb ist nicht jeder RAM flüchtig. Das Ende der Stromversorgung sorgt auch nicht dafür, dass Daten noch auf einen Datenträger kopiert werden.

Das Betriebssystem ist das Grundprogramm, das den Computer verwaltet. Windows ist ein Betriebssystem. Der folgende Ablauf beschreibt vereinfacht eine Möglichkeit bei Windows. Andere Betriebssysteme können Einzelheiten anders regeln. Windows verwaltet viele Daten in kleinen Abschnitten, den Speicherseiten. Hier geht es um Seiten, die sich auslagern lassen; manche Speicherbereiche lassen das nicht zu.

Bei knappem RAM kann Windows selten benötigte, veränderte Seiten auf einen Datenträger schreiben. Dort kann eine Auslagerungsdatei sie aufnehmen. So kann im RAM Platz für häufiger benötigte Seiten frei werden.

Wird eine Seite bei einem Programm nicht mehr direkt bereitgehalten, kann sie trotzdem noch im RAM liegen. Auch wenn das für alle beteiligten Programme gilt, kann sie vorerst dort bleiben. Soll ihr RAM-Platz neu belegt werden, müssen noch ungespeicherte Änderungen vorher auf den Datenträger geschrieben werden. Neu belegen heißt: An dieser Stelle werden neue Daten anstelle der bisherigen abgelegt. Liegt der Inhalt schon unverändert auf dem Datenträger, ist keine erneute Speicherung nötig.

Braucht ein Programm eine Seite wieder, kann Windows sie aus dem RAM bereitstellen, falls sie noch dort liegt. Fehlt ihr Inhalt dort und liegt er auf einem Datenträger, muss Windows ihn von dort in den RAM lesen. Die Quelle kann die Auslagerungsdatei sein. Es kann auch eine Datei sein, deren Inhalt dem Programm als Speicherbereich zugänglich gemacht wird. Das Programm nutzt Teile dieser Datei dann wie Daten im Arbeitsspeicher.

Solche zusätzlichen Zugriffe auf den langsameren Datenträger brauchen Zeit. Häufiges Nachladen kann den Computer deshalb bremsen. Das Betriebssystem organisiert das Nachladen. Der RAM-Baustein selbst sucht keine fehlenden Daten auf dem Datenträger.

Ein Bit ist eine kleine Dateneinheit mit dem Wert 0 oder 1. Eine Speicherzelle speichert in den folgenden Beschreibungen ein Bit. Ein Transistor ist ein winziger elektronischer Schalter. Ein Kondensator ist ein Bauteil, das sich elektrisch aufladen lässt. Sein Ladezustand beschreibt, wie stark der Kondensator aufgeladen ist.

DRAM bedeutet „Dynamic Random Access Memory“, auf Deutsch dynamischer RAM. Eine übliche DRAM-Zelle speichert ein Bit durch den Ladezustand eines Kondensators. Zur Zelle gehört auch ein Transistor. Die elektrische Ladung im Kondensator nimmt mit der Zeit ab, selbst wenn der Speicher Strom bekommt. Deshalb müssen die gespeicherten Zustände regelmäßig erneuert werden. Das heißt Auffrischen. DRAM-Zellen brauchen wenig Platz. DRAM wird in Computern typischerweise als Arbeitsspeicher eingesetzt.

SRAM bedeutet „Static Random Access Memory“, auf Deutsch statischer RAM. Eine SRAM-Zelle hält ein Bit in einer Schaltung mit zwei stabilen Zuständen fest. Mehrere Transistoren bilden diese Schaltung. Sie braucht mehr Platz pro Bit als eine DRAM-Zelle. SRAM ermöglicht besonders schnelle Zugriffe und wird typischerweise für Prozessorcache genutzt. Solange Strom anliegt, braucht SRAM keine regelmäßige Auffrischung.

Beide beschriebenen Bauarten sind flüchtig. „Statisch“ bedeutet hier ohne regelmäßiges Auffrischen, nicht ohne Strom. Eine zusätzliche Batterie kann SRAM weiterhin mit Strom versorgen. Dann bleibt seine Stromversorgung bestehen.