Muutmälu

Muutmälu ehk operatiivmälu ehk RAM (inglise keele sõnadest random-access memory, suvapöördusmälu, otsepöördusmälu) 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 tähenduses on kasutusel ka terminid põhimälu (nt protsessori põhimälu ja vahemälu), sisemälu (protsessori sees, erinevalt välismälust), samuti töömälu (näiteks kõrvutuses töömälu maht ja salvestusmälu maht).

Muutmälu kuulub haihtuvate ehk hävimälude hulka, millelt toitepinge kadumisel andmed kustuvad.

Ajalugu

Esimene muutmälu tüüp tehti aastal 1947, kasutades elektronkiiretoru. Andmed salvestati selles elektriliselt laetud punktidesse.

Teine muutmälu, mida varem kasutati oli ferriitmälu – 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 transistore, 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 suvapöördusega 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 mäluelementidest, 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 oleksid hind, suurus ja voolutarve suuremad ning temperatuur kõrgem.

DRAM-mäluelemendi skeem

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 mäluelementidest, mis on koostatud isoleeritud paisuga väljatransistorist (MOSFET, töötab elektronlülitina) ja kondensaatorist (1 bitile vastava elektrilaengu salvestamiseks).

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 toodi välja aastal 1993.

Topeltkiiruseline sünkroonne dünaamiline muutmälu ehk DDR SDRAM (inglise keeles Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) on tavalisest SDRAM-st kaks korda kiirem. Võrreldes SDRAM-iga, 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 selle arvutiga kokku ei sobi. Iga põlvkond on varasemast kiirem.

DDR SDRAM põlvkondade võrdlus

DDR SDRAM jaguneb põlvkondadeks:

• DDR SDRAM (vahepeal kutsutud ka DDR1 SDRAM mäluks) ilmus turule aastal 2000, tänapäeval seda enam ei kasutata. Selle kiirus oli vahemikus 200 kuni 400 MT/s ja pinge 2,5 V.
• DDR2 SDRAM toodi välja aastal 2003 ja on tänapäeval vähe kasutusel. Tavaliselt on see toitepingega 1,8 V ning kiirusega 400 kuni 1066 MT/s.
• DDR3 SDRAM toodi välja aastal 2007. Olenevalt mudelist on see tavaliselt toitepingega 1,35 V või 1,5 V () ning kiirusega 800 kuni 2133 MT/s.
• DDR4 SDRAM toodi välja aastal 2014. Tavaliselt on see toitepingega 1,2 V ning kiirusega 1600 kuni 3200 MT/s. Tänapäeval kasutab enamus arvuteid DDR4 muutmälu.
• DDR5 SDRAM on plaanitud välja tuua aastal 2020 või 2021.

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-iga. SRAM on aga seevastu DRAM-ist palju kiirem, kuna ta ei pea pidevalt mälu värskendama.

Teised rakendused muutmälu jaoks

 Pikemalt artiklis Mäluketas

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 väljalülitamisel kustutatakse virtuaalkettal 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 suuremad võrreldes tavaliste kõvaketaste ja SSD-ga.