Muutmälu

Muutmälu ehk RAM (inglise keele sõnadest Random Access Memory, suvapöördusmälu) on pooljuhtmälu liik, kuhu saab andmeid kirjutada ja kust neid saab lugeda. Suvapöördus tähendab, et muutmälu iga adresseeritava üksuse poole saab nii lugemiseks kui kirjutamiseks ühteviisi kiirelt otse pöörduda. Muutmälu kuulub haihtuvate ehk hävimälude hulka, mis tähendab, et kui muutmälu ei ole toitepinge all, siis selle peal olevad andmed kustuvad.

Tänapäeval kasutatakse muutmälu mälurakkude koostamisel Isoleeritud paisuga väljatransistoreid ehk MOSFET (inglise keeles Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor).

Suvapöördusmälu nimetatakse ka otsepöördusmäluks.

Ajalugu

Esimene muutmälu tüüp tehti aastal 1947, kasutades CRT (inglise keeles cathode ray tube). Andmed salvestati selles elektriliselt laetud punktidesse.

Teine muutmälu, mida varem kasutati oli magneetilise tuumaga mälu (inglise keeles Magnetic-core memory) - andmed salvestati tuumasid magnetiseerides ja vastupidi. See loodi samuti aastal 1947. Ning seda kasutati peamise muutmäluna kuni tuli välja pooljuhtmälu.

Põhiline tänapäeval tuntud pooljuhtmälu kiip, milleks on DRAM, loodi 1968. aastal Robert Dennardi poolt. Selles mälutüübis kasutatakse transistoreid, et säilitada andmeid.

Esimene DRAM kiip loodi Inteli poolt aastal 1970. ning selle maht oli 1 kbit. Kiibi nimi oli Intel 1103. See koosnes kolmest transistorist ning ühest kondensaatorist.

Muutmälude tüübid

Mällu kirjutatud andmete säilitamise mooduse järgi jagunevad muutmälud tänapäeval põhiliselt dünaamilisteks ja staatilisteks:

Staatiline muutmälu ehk SRAM (inglise keelest Static Random Access Memory) on juhuslikus järjekorras salvestatav või loetav mäluseade, milles sisalduvad andmed ei vaja nende säilitamiseks perioodilist uuendamist, kuid see vajab toitepinget, et andmeid säilitada. Seda mälu kasutatakse vahemäluna (inglise keeles Cache memory), samuti tööstus- ja tarbeelektroonikaseadmete kontrollerites. SRAM koosneb mälurakkudest, mis on tehtud neljast kuni kuuest transisorist. Selle tõttu on SRAM-i tootmine kallim võrreldes DRAM-ga, aga kiirus on suurem. Kui muutmälu oleks tehtud ainult SRAM moodulitest, siis oleks hind, suurus, voolutarve ning temperatuur kõrgemad.

Dünaamiline muutmälu ehk DRAM (inglise keelest Dynamic Random Access Memory) on juhuslikus järjekorras salvestatav või loetav mäluseade, mis vajab töötamiseks värskendamist toitepingega mõne millisekundit tagant. DRAM koosneb mälurakkudest, mis on tehtud transisorist ja kondensaatorist ning mälu on salvestatud kondensaatoris.

Enimlevinud dünaamilise muutmälu tüübid on:

Sünkroonne dünaamiline muutmälu ehk SDRAM (inglise keeles Synchronous Dynamic Random Access Memory) on mäluseade, milles sisalduvaid andmeid uuendatakse sünkroonselt keskprotsessori taktsagedusega. Sünkroonne dünaamiline muutmälu on kiirusega kuni 133 MHz ning see väljastati aastal 1993.

Topeltkiiruseline sünkroonne dünaamiline muutmälu ehk DDR SDRAM (inglise keeles Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) on võrreldes tavalise SDRAM-ga kahekordse kiirusega. Võrreldes SDRAM-ga, kus loetakse impulssi ainult üks kord, loetakse DDR SDRAM-i impulssi nii tõusvas kui ka langevas faasis kasutades topelt pumpamismeetodit (inglise keeles double pump metheod). Iga DDR põlvkonna ehitus erineb varasemast nii et need ei ole üksteisega vahetatavad ehk kui ühele arvutile sobib üks DDR põlvkond, siis teised põlvkonnad ei sobitu selle arvutiga kokku. Iga põlvkond on varasemast kiirem.

Erinevate DDR SDRAM põlkondade võrdlus

DDR SDRAM on jagatud erinevatesse põlkondadesse:

• DDR SDRAM (vahepeal kutsutud ka DDR1 SDRAM mäluks) ilmus turule aastal 2000 ning seda tänapäeval kasutuses ei ole. Selle kiirus oli vahemikus 200 kuni 400 MT/s ning pinge oli 2.5V.
• DDR2 SDRAM väljastati aastal 2003. tavaliselt 1,8 V toitepingega ning kiirusega vahemikus 400 kuni 1066 MT/s. DDR2 on tänapäeval vähe kasutusel.
• DDR3 SDRAM väljastati aastal 2007. tavalise toitepingega 1,35 V või 1,5 V (olenes mudelist) ning kiirusega 800 kuni 2133 MT/s.
• DDR4 SDRAM väljastati aastal 2014. tavalise toitepingega 1.2V ning kiirusega 1600 kuni 3200 MT/s. Käesoleval hetkel kasutab enamus arvuteid DDR4 muutmälu.
• DDR5 SDRAM on arvestatud välja tulema aastal 2020. või järgneval.

Dünaamilise muutmälu seadmed on mälumoodulite kujul (DDR2, DDR3, DDR4) kasutusel arvuti põhimäluna ehk operatiivmäluna. Operatiivmällu laaditakse töötlemiseks vajalikud andmed ja sinna tuuakse kõvakettalt arvuti tööks vajalikud programmid.

Arvuti muutmälu on tehtud peamiselt DRAM mäluseadmetest ning mitte SRAM mäluseadmetest seepärast, et SRAM mälukiibid on võrreldes DRAM kiipidega kõvasti kallimad ning lisaks sellele on nende toitepinged samamoodi kõrgemad võrreldes DRAM-ga. SRAM on aga seevastu kõvasti kiirem DRAM-st kuna ta ei pea pidevalt mälu värskendama.

Teised kasutused muutmälu jaoks

Mäluketas ehk virtuaalketas (inglise keeles RAM drive) tehakse muutmälust nii, et partitsioonitakse osa selle mahust, mida arvuti kasutab edaspidi kõvakettana. Selle protsessi nõrkus on see, et kuna tegu on ikkagi muutmäluga, siis arvuti välja lülitamisel, kustutatakse virtuaalketa peal olevad andmed. Lisaks ei ole võimalik partitsioonitud muutmälu samal ajal kasutada ning kasutatav maht on väike, kuna muutmälu suurus on võrreldes kõvaketaste ja SSD-ga mitukümmend korda väiksem. Positiivne külg virtuaalketta kasutamise suhtes on see, et kiirused on mitukümmend korda kiiremad võrreldes tavaliste kõvaketaste ja SSD-ga.