Muutmälu

Muutmälu ehk operatiivmälu ehk RAM (random-access memory, suvapöördusmälu, otsepöördusmälu) on pooljuhtmälu liik, kuhu saab andmeid kirjutada ja kust saab neid lugeda. Suvapöördus tähendab, et muutmälu iga adresseeritava üksuse poole saab nii lugemiseks kui kirjutamiseks ühtmoodi kiiresti ning otse pöörduda.

Muutmälu kohta kasutatakse ka termineid põhimälu (näiteks protsessori põhimälu ja vahemälu), sisemälu (erinevalt välismälust protsessori sees) ning töömälu (näiteks töömälu maht võrreldessalvestusmälu mahuga).

Muutmälu on haihtuv ehk hävimälu, mis tähendab, et toitepinge kadumisel andmed kustuvad.

Ajalugu

Esimene muutmälu tüüp loodi 1947. aastal ja see kasutas elektronkiiretoru. Andmed salvestati elektriliselt laetud punktidesse.

Teine varane muutmälu liik oli ferriitmälu, milles andmed salvestati tuumade magnetiseerimise abil. See loodi samuti 1947. aastal ning see jäi peamiseks muutmäluks kuni pooljuhtmälu kasutuselevõtuni.

Tänapäeval tuntud pooljuhtmälu kiibi DRAM lõi 1968. aastal Robert Dennard. Selles mälutüübis kasutatakse andmete säilitamiseks transistore.

Esimese DRAM-kiibi valmistas Intel 1970. aastal ning selle maht oli üks kbit. Kiibi nimi oli Intel 1103. See koosnes kolmest transistorist ja ühest kondensaatorist.

Muutmälude tüübid

Mällu kirjutatud andmete säilitamise viisi järgi jagunevad muutmälud peamiselt dünaamilisteks ja staatilisteks.

Staatiline muutmälu ehk SRAM (inglise keeles static random access memory) on suvapöördusega salvestatav või loetav mäluseade, milles sisalduvad andmed ei vaja säilitamiseks perioodilist uuendamist. Samas vajab see toitepinget, et andmeid säilitada. SRAM-i kasutatakse eelkõige vahemäluna (inglise keeles cache memory) ning tööstus- ja tarbeelektroonikaseadmete kontrollerites. SRAM koosneb mäluelementidest, mis on valmistatud neljast kuni kuuest transistorist. Seetõttu on selle tootmine kallim kui DRAM-i tootmine, kuid töökiirus on suurem. Kui muutmälu koosneks ainult SRAM-moodulitest, siis oleksid hind, suurus ja energiatarve suuremad ning temperatuur kõrgem.

DRAM-i mäluelemendi skeem

Dünaamiline muutmälu ehk DRAM (inglise keeles dynamic random access memory) on juhuslikus järjekorras salvestatav või loetav mäluseade, mille salvestatud andmeid tuleb säilitamiseks regulaarselt värskendada, tavaliselt mõne millisekundi järel. DRAM koosneb mäluelementidest, mis sisaldavad isoleeritud paisuga väljatransistori (MOSFET, mis toimib elektronlülitina) ja kondensaatorit (ühele bitile vastava elektrilaengu salvestamiseks).

Üks levinuim dünaamilise muutmälu tüüp on sünkroonne dünaamiline muutmälu ehk SDRAM (inglise keeles synchronous dynamic random access memory). Selles sisalduvaid andmeid uuendatakse sünkroonselt keskprotsessori taktsagedusega. Sünkroonse dünaamilise muutmälu töökiirus on kuni 133 MHz ning see võeti kasutusele 1993. aastal.

Topeltkiiruseline sünkroonne dünaamiline muutmälu ehk DDR SDRAM (inglise keeles double data rate synchronous dynamic random access memory) on tavalisest SDRAM-ist kaks korda kiirem. Kui SDRAM-is loetakse impulssi ainult üks kord, siis DDR SDRAM-is loetakse impulssi nii tõusvas kui ka langevas faasis kasutades topeltpumpamismeetodit (inglise keeles double pump method). DDR-mälu eri põlvkonnad erinevad üksteisest ehituselt ning ei ole omavahel ühilduvad. See tähendab, et arvuti toetab tavaliselt vaid üht kindlat DDR-i põlvkonda. Iga uus põlvkond on eelmisest kiirem.

DDR SDRAM-i põlvkondade võrdlus

DDR SDRAM jaguneb põlvkondadeks:

• DDR SDRAM (kutsutud ka DDR1 SDRAM mäluks) ilmus turule 2000. aastal ja tänapäeval seda enam ei kasutata. Selle kiirus oli 200–400 MT/s ja pinge 2,5 V.
• DDR2 SDRAM toodi välja 2003. aastal ning seda kasutatakse samuti nüüdseks harva. Toitepinge on tavaliselt 1,8 V ning kiirus 400–1066 MT/s.
• DDR3 SDRAM ilmus 2007. aastal. Olenevalt mudelist on selle toitepinge tavaliselt 1,35 V või 1,5 V ning kiirus 800–2133 MT/s.
• DDR4 SDRAM tuli kasutusele 2014. aastal. Selle toitepinge on enamasti 1,2 V ning kiirus 1600–3200 MT/s. Tänapäeval kasutab enamus arvuteid DDR4 muutmälu.
• DDR5 SDRAM toodi turule 2020. aastal.

Dünaamilise muutmälu seadmeid kasutatakse mälumoodulitena (DDR2, DDR3, DDR4) arvuti põhimälus ehk operatiivmälus. Operatiivmällu laaditakse töötlemiseks vajalikud andmed ning kõvakettalt tuuakse sinna ka arvuti tööks vajalikud programmid.

Arvuti muutmälu koosneb peamiselt DRAM-mäluseadmetest, mitte SRAM-ist, sest SRAM-mälukiibid on oluliselt kallimad ning nende toitepinged on kõrgemad. Seevastu on SRAM DRAM-ist kiirem, kuna see ei vaja pidevat mälu värskendamist.

Teised rakendused muutmälu jaoks

 Pikemalt artiklis Mäluketas

Mäluketas ehk virtuaalketas (inglise keeles RAM drive) luuakse muutmälust nii, et eraldatakse osa selle mahust ja kasutatakse seda kõvakettana. Selle lahenduse nõrkus on see, et kuna tegu on ikkagi muutmäluga, kustutatakse arvuti väljalülitamisel virtuaalkettal olevad andmed. Lisaks ei saa eraldatud muutmälu samal ajal kasutada ning selle maht on piiratud, kuna muutmälu suurus on võrreldes kõvaketaste ja SSD-dega kordades väiksem. Virtuaalketta positiivne külg on see, et kiirused on mitukümmend korda suuremad kui tavalistel kõvaketastel ja SSD-del.