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Storia della memoria RAM

Uno dei principali componenti degli odierni dispositivi, dal PC allo smartphone, dalla console agli SSD, è la RAM che si è evoluta lungo un arco di decenni senza mai essere soppiantata. Ripercorriamone la storia.

Storia della memoria RAM

Un componente cardine dell'informatica

RAM è l'acronimo di Random Access Memory (memoria ad accesso casuale) e sta a indicare un tipo di memoria volatile che permette di accedere ai dati, ovunque siano posizionati, impiegando sempre la stessa quantità di tempo.

I punti cardine sono quindi la volatilità, intesa come la necessità di alimentazione per conservare i dati, e l'accesso casuale che va intesa come la capacità di leggere direttamente qualunque dato impiegando lo stesso tempo indipendentemente dalla sua allocazione sul supporto.

ram

Pertanto, le memorie RAM si contrappongono, da un lato alle memorie non volatili (Hard Disk e SSD, CD/DVD, PenDrive, ecc.) e, dall'altro, alle memorie ad accesso sequenziale (come le musicassette ed i nastri magnetici in generale) o ad accesso diretto (come un vecchio giradischi o un odierno hard disk visto che la puntina può essere posizionata a piacimento).

La sua capacità di accedere alle informazioni molto più rapidamente degli altri tipi di memoria ha reso le RAM un componente praticamente indispensabile per processori e molti ASIC. Negli anni questo componente fondamentale ha subito una costante evoluzione che ne ha aumentato la velocità e la capacità in modo esponenziale.

Rinfreschiamoci la memoria

Prima di addentrarci nella storia della memoria RAM, è necessario spiegare alcuni termini chiave che potrebbero esservi utili anche in altre situazioni.

SRAM (Static RAM) e DRAM (Dynamic RAM) sono i due tipi di memoria volatile che si usano oggi. La differenza fra i due è che la SRAM può conservare i dati fintanto che è alimentata mentre la DRAM necessita che i dati siano riscritti periodicamente.

  SRAM DRAM
Densità Bassa Alta
Consumo Alto Basso
Costo Alto Basso
Prestazioni Alte Basse

A causa delle differenze riassunte nella tabella, prima fra tutti il costo, l'industria ha utilizzato le SRAM solo nelle parti più critiche in cui il maggior costo era compensato dagli evidenti benefici (ad esempio la cache dei processori) mentre le DRAM sono state usate negli altri ambiti.

Clock è un termine che ricorre molto spesso nell'informatica. Detto in modo semplice, in elettronica si indica come clock un segnale periodico, composto da due valori (0 e 1) che si alternano ad intervalli regolari, che serve per sincronizzare i componenti digitali.

memoria

La frequenza è la misura del clock e sta ad indicare quante volte al secondo avviene l'alternanza dei due valori.  Anche in questo campo la frequenza si misura in Hertz (Hz) seppure oggi si sia arrivati a frequenze così elevate che è necessario misurarle in MHz (MegaHertz, milioni di Hertz) o in GHz (GigaHertz, miliardi di Hertz).

Parlando di data path o bus non mi riferisco ai mezzi di trasporto, ma al canale di comunicazione attraverso cui comunicano componenti e periferiche. Tuttavia il paragone sarebbe azzeccato perché, proprio come un autobus, più il bus è ampio più sono i dati che può trasmettere. Dall'ampiezza del bus, misurata in bit, e dalla frequenza del clock dipende il bandwidth ovvero la quantità di dati che può essere trasmessa in una certa unità di tempo. Le unità di misura in questo caso sono i bit per secondo (bps) ed i Byte per secondo (Bps) nonché i relativi multipli.

Non credo che sia necessario spiegare cosa sono bit e byte e i relativi multipli, ma tenete comunque presente che ogni byte è formato da 8 bit, quindi scrivere 1KB equivale a scrivere 8Kb e viceversa. Un'ultima cosa di cui parlare è la latenza. Senza voler scendere troppo nello specifico, la latenza (spesso indicata in inglese come CAS Latency o CL seguita da una serie di numeri) misura i cicli di clock di cui una determinata RAM ha bisogno per eseguire una certa operazione. Per tale ragione la latenza non è un valore assoluto in quanto, a parità di cicli di clock necessari, la RAM con maggiore frequenza risulterà più veloce e viceversa.

Rinfrescate le vostre conoscenze, siamo pronti a partire, quindi allacciatevi le cinture, controllate che il sedile sia in posizione eretta e preparatevi a questo viaggio lungo 25 anni!

DRAM, moduli SIMM

La RAM odierna affonda le sue radici fino alla macchina criptoanalitica "Acquarius", usata dagli alleati a Beltchey Park durante la seconda guerra mondiale. La RAM per come la intendiamo oggi, però, nasce solo vent'anni più tardi, nel 1966, nei laboratori IBM grazie a Robert Dennard.

Tuttavia se avessimo voluto acquistare anche un solo chip di RAM avremmo dovuto pazientare fino al 1971 quando Intel presentò il circuito integrato (IC) 1103 nel formato DIP (Dual Inline Package) che soppiantò le memorie a nucleo magnetico usate fino ad allora.

intel

Si prova quasi tenerezza a leggere le caratteristiche dell'IC1103:

Capacità 1 Kilobit (128 Byte)
Bus 1 bit
Processo produttivo 10 μm (10 micrometri)
Tensione 16V

Per quanto l'IC1103 possa far sorridere, va detto che la struttura di base delle odierne RAM è ancora molto simile nonostante siano passati più di quarant'anni. Nei successivi 30 anni, la RAM fu commercializzata in diversi formati ma bisognerà aspettare gli anni '80 per vedere qualcosa di simile, almeno nella forma, alla RAM per computer a cui siamo abituati oggi.

I moduli SIMM

Prima dei moduli SIMM, la RAM era saldata direttamente sulle schede madre ma questo richiedeva molto spazio, tempi di realizzazione più lunghi e non consentiva l'espansione della memoria (a meno di non armarsi di saldatore, chip e filo da saldatura). Uno sguardo alla scheda madre dell'Apple 1 vale più di mille parole.

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Scheda madre di un Apple 1

Per ovviare a questi problemi si pensò di saldare la RAM su moduli da inserire verticalmente in modo da risparmiare spazio, rendere più veloce l'assemblaggio completo e permettere il cambio o l'aggiunta di moduli con più memoria.

I nostri lettori con qualche capello bianco (come il sottoscritto) potrebbero ricordare i primi moduli RAM in formato SIMM (Single In-line Memory Modules) definiti dallo standard JESD-21C della JEDEC, l'organismo che ancora oggi definisce gli standard del settore.

Diversamente dai moduli DIMM attuali, i moduli SIMM erano caratterizzati dalla ridondanza dei contatti posti sui due lati del modulo e, tranne alcune eccezioni, dovevano essere installati in coppia o a gruppi di quattro.

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SIMM a 30 pin, a 68 pin e a 72 pin

Nella fotografia sopra vengono messi a confronto tre moduli SIMM diversi: il più piccolo ha 30 pin ed era comune trovarne quattro in computer basati su processori Intel 386/486 oppure Macintosh Plus e II, etc., il secondo è un modulo proprietario di Apple a 68 contatti, mentre l'ultimo è un comune modulo a 72 pin.

I moduli a 72 pin rappresentarono il canto del cigno delle DRAM e la loro vita si protrasse fino alla commercializzazione dei primi Pentium II. Giusto per citare un po' di dati:

Anno 1984 1987 1990 1993 1996 1999
Capacità 128KB 256KB 1MB 8MB 64MB 128MB
Area del chip 55 mm2 85 mm2 130 mm2 200 mm2 300 mm2 450 mm2
Area della memoria 30 mm2 47 mm2 72 mm2 110 mm2 165 mm2 250 mm2
Bus 32 bit
Clock 100MHz
Bandwidth 400 MB/s
Tensione 5V 5V 5V 5V 5V 5V

Prima di ridere confrontandoli con le RAM odierne, ricordatevi che dall'Intel IC1103 erano passati poco più di 10 anni eppure la capacità delle memorie era già aumentata di centinaia di migliaia di volte mentre il consumo di energia era diminuito drasticamente.

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