[PLUS] RAM-Deep-Dive: So funktioniert Arbeitsspeicher
Arbeitsspeicher ist die zweitwichtigste Komponente jedes Computers. Auf die Vorstellung des neuen "HUDIMM"-Billig-DDR5-Speichers wurde aber mit viel Un- und Halbwissen reagiert. Zeit für einen erklärenden Deep-Dive. Der Artikel stammt aus PC Games Hardware 08/2026.
Inhaltsverzeichnis
- 1 "RAM" vs. "Arbeitsspeicher"
- 2 Vom Verzögerungs- zum Kernspeicher
- 3 SRAM versus DRAM
- 4 SDRAM
- 5 Speicherorganisation
- 6 Command/Address-Bus
- 7 DRAM-Zugriff
- 8 Latenzen
- 9 Burst-Zugriffe
- 10 Prefetch
- 11 Double Data Rate
- 12 DDR2, DDR3 und DDR4
- 13 Speichermodule
- 14 Dual-Channel
- 15 Bus-Belastung
- 16 DDR5
- 17 HUDIMM
Rund um RAM gibt es drei wichtige Fragen: "Wo bekomme ich bezahlbare Riegel?", "Wieso habe ich nicht im Frühjahr 2025 meine gesamten Rücklagen investiert?" und "Wie funktioniert das Zeug eigentlich?" Die letzte wollen wir heute beantworten.
"RAM" vs. "Arbeitsspeicher"
Vor schnellem NAND-Flash gab es (flüchtige) Solid-State-Laufwerke aus DRAM. "RAM Drives" waren also RAM, aber kein Arbeits-, sondern Massenspeicher. (Hier mit SATA-Anbindung, die PCI-Karte dient nur als Halterung.)
Dabei sollte man als Erstes den Begriff klären. Heute wird "Random Access Memory" als Synonym für "Arbeitsspeicher" verwendet. Ersterer ist aber zunächst einfach nur Speicher, der zufällige respektive gemischte Zugriffe auf beliebige Teile seines Inhalts mit immer einheitlicher Performance erlaubt. Letzterer ist eine funktionale Beschreibung für eine Art von Speicher, der als temporärer Datenpuffer während der Arbeit an Befehlen genutzt wird. Es ist natürlich wünschenswert, dass ein derartiger Speicher wahlfreien Zugriff erlaubt, damit die CPU schnell zwischen Datenblöcken hin- und herspringen kann. Es geht aber auch ohne, und umgekehrt nutzen beispielsweise RAM-Disks den RAM des Systems als Medium, werden jedoch als Massenspeicher angesprochen. "Virtueller Arbeitsspeicher" wiederum ist ein ebensolcher, kann sich aber physisch auf einer HDD befinden.
Vom Verzögerungs- zum Kernspeicher
Am besten nähert man sich den Begriffen historisch: Frühe Computer kannten gar keinen dauerhaften, internen Speicher. Zahlen und Befehle wurden vorn per Lochkarte oder gar von Hand eingegeben und Endergebnisse hinten ausgedruckt. Es gab aber einen "(Main) Memory", denn komplexe Berechnungen, für die Computer gebaut werden, bestehen aus vielen Einzelschritten mit Zwischenergebnissen. Diese müssen während der Arbeit zwischengespeichert werden - die Funktion eines "Arbeitsspeichers" ist Grundbestandteil jedes Computers und unterscheidet ihn von einer einfachen Rechenmaschine, beispielsweise einer hochzählenden Registrierkasse.
Quelle: University of Cambridge @Wikimedia CC BY 2.0
Arbeitsspeicher, aber kein RAM: In "Delay Lines" rotieren Bits als Impulse; die CPU muss warten, bis sie vorbeikommen. Als Medium diente Quecksilber wegen seiner akustischen Kompatibilität zu Quarzkristallen, die als Sender und Empfänger dienten.
Die ersten Computer wurden aber noch aus einzelnen Elektronenröhren, Transistoren oder gar Relais zusammengesetzt. Zwar kann man auch damit frei ansteuerbare Speicherzellen bauen. Das Budget von wenigen Tausend Schaltelementen insgesamt reichte aber kaum für die Rechenwerke. Der Arbeitsspeicher musste daher auf Magnettrommeln, verwandt mit späteren Festplatten, oder Verzögerungsspeicher setzen. Letztere geben eine Information als mechanischen oder akustischen Impuls in ein verzögerndes Medium, verbreitet waren Drahtspulen und Quecksilberröhren. Am anderen Ende des Mediums und somit nach einer gewissen Durchlaufzeit wird das Signal aufgefangen, normalisiert und am Eingang erneut eingespeist. So rotieren die immer gleichen Daten, genauso wie eine Spur Magnet-Bits auf einer Festplatte unter dem Lesekopf rotiert. Pro "Delay Line" reicht in einfachster Form ein Bipolartransistor als Verstärker, es können aber hunderte bis knapp über eintausend Bits gespeichert werden. Wenn ein Prozessor ein bestimmtes Byte aus diesen ersten Arbeitsspeichern benötigte, musste er aber warten, bis es vorbeikam. Bei einem Quecksilber-Verzögerungsspeicher mit 3 m Laufstrecke dauert ein Turnus beispielsweise um die 3 ms, definiert über die Schallgeschwindigkeit im Medium. Das ist wesentlich schneller als die Zugriffszeit der als Massenspeicher genutzten Lochkarten/-streifen. Es ist aber nicht "random", sondern eine ziemliche Systembremse, und stellt damit den Ausgangszustand dar, von dem "RAM" abgegrenzt wurde.
PC Games Hardware PLUSJetzt für 0,99 € kaufen
oder Werbefreiheit und Zugriff auf alle PLUS-Artikel (Monatsabo)
Für 4,80 EUR PLUS-Abo abschließen Bitte loggen Sie sich in Ihren PCGH-Community-Account ein, um diesen Artikel kaufen zu können. Alle Angebote für PLUS (Monatsabo, Jahresabo, Upgrades für Werbefrei) finden Sie auf unserer Supporter-Seite
In diesem Artikel erklären wir Ihnen, was Arbeitsspeicher eigentlich ist und wie er funktioniert, inklusive historischem Exkurs - sehr ausführlich und detailliert.
INFO: Sie können PCGH-PLUS-Artikel einzeln kaufen oder ein PLUS-Abo erwerben.Als PCGH-Digital-Abonnent erhalten Sie kostenfrei Zugriff auf alle PLUS-Artikel.
