Damit ein Computer funktioniert, benötigt er mehrere aufeinander abgestimmte Komponenten, ein Betriebssystem und Anwendungsprogramme. RAM ist ein Begriff, der in diesem Zusammenhang häufig genannt wird. Was RAM ist, wie er funktioniert und wozu er in einem Computer verwendet wird, erfahren Sie im folgenden Beitrag.

RAM ist die Abkürzung für „Random Access Memory“ und bezeichnet den schnellen Arbeitsspeicher in einem Computer oder Smartphone. „Random Access“ bedeutet wahlfreier oder direkter Zugriff. Auf die im RAM gespeicherten Daten kann direkt über die Adresse des Speicherplatzes zugegriffen werden. RAM wird daher auch als Direktzugriff-Speicher bezeichnet. Allgemein gebräuchlich ist jedoch die Bezeichnung Arbeitsspeicher. RAM ist ein flüchtiger Speicher. Die gespeicherten Daten gehen verloren, wenn der Strom abgeschaltet wird.

Wozu wird RAM benötigt?

Der Arbeitsspeicher eines Computers wird als Zwischenablage für häufig benötigte Daten verwendet. Beim Hochfahren eines Computers werden zunächst häufig verwendete Daten des Betriebssystems im RAM gespeichert. Sobald ein Programm, beispielsweise ein Office Programm oder ein Browser geöffnet wird, speichert das System ebenfalls häufig benutzte Daten der Programme im Arbeitsspeicher. Während des Betriebs werden von den benutzten Programmen und vom Betriebssystem selbst temporärer Daten erzeugt, die im RAM zwischengespeichert werden. Dadurch, dass wichtige Daten verschiedener Programme im RAM zwischengespeichert werden, ist sogenanntes Multitasking, die gleichzeitige Nutzung mehrerer Programme möglich. Zudem kann praktisch ohne Verzögerung zwischen mehreren Anwendungsprogrammen gewechselt werden.

Der Bedarf an Arbeitsspeicher für Betriebssysteme und Softwareprogramme hat sich im Laufe der Jahre deutlich erhöht. Für das Windows XP Betriebssystem waren minimal nur 64 MByte RAM erforderlich. Windows 7 benötigte in der 32-Bit Version mindestens 1 Gigabyte RAM und in der 64-Bit Version mindestens 2 Gigabyte Arbeitsspeicher. Für Windows 10 sind mindestens 2 GB RAM, besser jedoch 4 Gigabyte erforderlich, um flüssig funarbeiten zu können.

Funktionsweise

Ähnlich wie ein Mikroprozessor ist ein RAM-Speicherchip eine sogenannte integrierte Schaltung (Integrated Circuit, IC), die aus Millionen Transistoren und Kondensatoren besteht. Je mindestens ein Transistor und ein Kondensator bilden eine Speicherzelle. In jeder Speicherzelle kann ein einzelnes Datenbit – eine 0 oder eine 1 – gespeichert werden. Der Kondensator speichert elektrische Ladung in Form von Elektronen. Wenn ein Kondensator geladen ist, entspricht dies dem Wert 1. Ein leerer, nicht geladener Kondensator entspricht dem Wert 0. Der Transistor wird als Schalter benutzt, um den Ladungszustand des Kondensators zu lesen oder seinen Zustand zu ändern.
Mehrere dieser Speicherzellen sind in Zeilen, den sogenannten „Pages“ organisiert. Der Arbeitsspeicher ist über ein sogenanntes Bussystem mit dem Prozessor des Computers, der CPU, verbunden. Über das Bussystem werden Daten und die Informationen darüber, an welcher Stelle die Daten gespeichert sind, zwischen Prozessor und Arbeitsspeicher ausgetauscht. Ein kleiner Bereich eines RAM-Speicherchips wird als sogenannter Cache-Speicher verwendet. Dieser Teil ist direkt mit dem Prozessor verbunden. Dadurch ist ein sehr schneller Zugriff möglich. Der Cache-Speicher wird verwendet, um Daten zu speichern, die vom Prozessor besonders häufig benötigt werden. Die Speicherung im Cache erfolgt immer nur für kurze Zeit. Seltener genutzte Daten werden immer durch häufiger verwendete Daten ersetzt.

RAM Speicherchips haben aktuell eine Speicherkapazität zwischen 0,5 und 256 GB. Meistens werden mehrere Speicherchips auf einer Platine zu einem sogenannten Speichermodul zusammengefasst. Diese Module haben je nach Chipsatz eine Speicherkapazität von 2, 4, 8, 16, 32 und mehr Gigabyte.

Hohe Datenübertragungsraten und kurze Zugriffszeiten

RAM Speichermodule werden verwendet, da die Zugriffszeiten wesentlich kürzer und die Datenübertragungsraten deutlich höher sind als bei Festplattenspeichern. Sogenannte DDR4-SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) Module der 4. Generation erreichen Datenübertragungsraten von bis zu 25.600 Megabyte (MB) pro Sekunde. Im Vergleich dazu beträgt die Übertragungsrate einer HDD maximal etwa 380 MB/s. Eine moderne SSD kann etwas über 520 MB/s pro Sekunde übertragen. Zudem sind die Zugriffszeiten bei RAM Speichermodulen mit 60 bis 70 Nanosekunden deutlich geringer als bei Festplatten mit ca. 3,5 ms und SSDs mit etwa 0,2 ms.

Was passiert, wenn der Speicher „voll“ ist?

Sobald ein Computer läuft, werden Daten im RAM zwischengespeichert. Je mehr Programme geöffnet werden und je mehr Programme – wie beispielsweise Antivirenprogramme – im Hintergrund laufen, umso mehr füllt sich der Arbeitsspeicher mit Daten. Wenn im Arbeitsspeicher kein Platz für weitere Daten ist, nutzt das Betriebssystem freien Festplattenspeicher als virtuellen Arbeitsspeicher zur Auslagerung von häufig benötigten Daten. Da Festplatten deutlich langsamer sind als RAM, verlangsamt sich die Geschwindigkeit der Programmabläufe dadurch merklich. Videos werden ruckelig abgespielt, Berechnungen bei der Bildbearbeitung dauern länger und auch das Speichern von Textdateien verzögert sich. In den meisten Computern stehen jedoch freie Steckplätze für weitere RAM-Module zur Verfügung. Der Arbeitsspeicher kann daher in der Regel ohne großen Aufwand an gestiegene Anforderungen angepasst werden.

Was ist der Unterschied zwischen ROM und RAM?

ROM ist die Abkürzung für „Read Only Memory“, auf Deutsch „Nur-Lese-Speicher“. Im Gegensatz zu RAM ist ROM ein nichtflüchtiger Speicher. Informationen werden in einem ROM Speicherchip dauerhaft gespeichert. Das heißt, die gespeicherten Daten bleiben erhalten, wenn der Strom abgeschaltet wird. ROM Speicherchips werden für Daten verwendet, die sich während des Betriebs eines Computers nicht oder nur selten verändern. Häufig verwendete ROM-Bausteine sind sogenannte EEPROMs (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory). Diese Bausteine können mittels elektrischem Strom gelöscht und neu programmiert werden. EEPROMs werden immer dann genutzt, wenn sich die gespeicherten Daten nur selten und im geringem Umfang ändern. Sie werden beispielsweise verwendet, um die Informationen zu speichern, die benötigt werden, um einen Computer nach dem Einschalten hochzufahren.

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Daniel Faust

Daniel Faust ist Redakteur im Content-Team der Biteno und betreut den Blog der Biteno GmbH.

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