Memória RAM: Tipos e Características.

A memoria RAM funciona como uma espécie de mesa de trabalho, armazenando arquivos e aplicativos em uso. A quantidade de memória RAM disponível tem um grande efeito sobre o desempenho, já que sem memória RAM suficiente o sistema é obrigado a usar memória swap, que é muito mais lenta. Na maioria das situações, ter uma quantidade suficiente de memória RAM instalada é mais importante que o desempenho do processador.


A memória RAM é um componente essencial não apenas nos PCs, mas em qualquer tipo de computador. Por mais que exista espaço de armazenamento disponível, na forma de um HD ou memória flash, é sempre necessária uma certa quantidade de memória RAM e, naturalmente, quanto mais melhor.


Graças ao uso da memória SWAP, é possível rodar a maioria dos sistemas operacionais modernos com quantidades relativamente pequenas de memória. No caso do Linux, é possível inicializar uma instalação enxuta (em modo texto, com pouca coisa além do Kernel e o interpretador de comandos) com apenas 4 MB de memória. O problema é que com pouca memória o sistema fica extremamente lento (como qualquer um que já tentou usar o Windows 7 ou uma distribuição Linux recente em um PC com menos de 256 MB de memória pode atestar... :)
A sigla "RAM" vem de "Random Access Memory", ou "memória de acesso aleatório", indicando a principal característica da memória RAM, que é o fato de permitir o acesso direto a qualquer um dos endereços disponíveis e de forma bastante rápida.
Ao carregar um programa, ele é lido no HD (ou outra mídia de armazenamento) e é transferido para a memória RAM, para só então ser executado pelo processador. A memória RAM oferece tempos de acesso brutalmente mais baixos que o HD e trabalha com taxas de transferência muito mais altas, mas possui a desvantagem de perder os dados armazenados quando o micro é desligado, daí a necessidade de salvar os arquivos periodicamente.
É também por causa disso que o processo de boot é refeito cada vez que você liga o micro. Durante o boot, o sistema operacional, drivers, bibliotecas e aplicativos são novamente copiados para a memória, junto com suas configurações e preferências.

Além dos diferentes tipos de memória RAM, existem também outras tecnologias de memórias de acesso aleatório, como as SRAM e, mais recentemente, as Phase-change. Temos ainda as onipresentes memórias Flash, que concorrem com os HDs como mídia de armazenamento.
O tipo mais comum de memória RAM, aquela que compramos na forma de módulos e instalamos na placa-mãe, é chamada de DRAM, ou "dynamic RAM". A memória DRAM passou a ser usada apenas a partir do final da década de 70, substituindo os chips de memória SRAM, que eram muito mais caros. Com o passar do tempo, as memória DRAM viraram o padrão, de forma que geralmente dizemos apenas "memória RAM" e não "memória DRAM".

Com a evolução nas técnicas de fabricação, os módulos de memória foram ficando cada vez mais baratos com o passar das décadas. Na época dos micros 486, chegava-se a pagar 40 dólares por megabyte de memória, valor que hoje em dia compra um módulo de 1 GB ou mais.
O problema é que os requisitos dos sistemas operacionais e aplicativos também aumentaram, quase que na mesma proporção. Enquanto o MS-DOS rodava bem com 2 ou 4 MB de memória, o Windows 95 já precisava de pelo menos 16 MB. O Windows XP (assim como a maioria das distribuições Linux atuais) não roda bem com menos de 512 MB, enquanto no Windows 7 o ideal é usar 1 GB ou mais.
Naturalmente, estes são apenas os requisitos básicos para rodar aplicativos leves. Muitos jogos e aplicativos pesados precisam de 2 GB de memória para rodar bem e o hábito de manter vários aplicativos abertos simultaneamente faz com que o valor suba rapidamente.
Salvo raras exceções, a capacidade dos módulos de memória é duplicada regularmente, conforme os fabricantes introduzem novas técnicas de fabricação. Por bizarro que possa parecer, os primeiros chips de memória (produzidos no final da década de 60) tinham apenas 64 bits (ou seja, meros 8 bytes), que com o tempo se transformaram em 128 bits, 256, 512, 1024 e assim por diante, até chegar aos chips de 2 gigabits ou mais usados atualmente.
Conforme módulos de maior capacidade são introduzidos, os módulos de capacidade mais baixa são retirados de produção, já que não faz sentido manter a produção de chips de baixa capacidade, cujo custo por megabyte é mais alto.
Existem 4 tipos de memória SDRAM: as SDR (uma transferência por ciclo), as DDR (duas transferências por ciclo), as DDR2 (4 transferências por ciclo) e as DDR3 (8 transferências por ciclo).
Os módulos de memória SDR são usados em micros antigos: Pentium II e Pentium III e os primeiros Athlons e Durons soquete A. As memórias DDR passaram a ser usadas a partir do Athlon Thunderbird e do Pentium 4, enquanto as DDR2 foram adotadas a partir das placas soquete 775 (no caso da Intel) e a partir dos modelos Athlon 64 para placas AM2, no caso da AMD.
Mais recentemente, temos assistido a uma nova migração, com a introdução dos módulos de memoria DDR3, que foram adotados a partir dos processadores Core i7 e i5 no caso da Intel e a partir dos Phenom II destinados a placas AM3, no caso da AMD.
Infelizmente, cada nova tecnologia de memória é incompatível com a antiga, o que elimina a possibilidade de aproveitar os módulos antigos ao fazer upgrade. Entretanto, a queda nos preços das memórias tem reduzido esse problema. Antigamente, se gastava 500 reais ou mais para ter uma quantidade aceitável de memória no PC, enquanto hoje em dia pode-se passar muito bem com apenas um ou dois módulos de 80 reais cada.
Algumas placas (geralmente modelos de baixo custo) possuem dois tipos de soquete, permitindo usar módulos SDR e DDR, DDR e DDR2 ou DDR2 e DDR3 de acordo com a conveniência, mas sem misturar os dois tipos. Elas são relativamente comuns durante os períodos de transição, quando uma tecnologia de memória é substituída por outra e podem ser uma opção em alguns casos.

Os módulos de memória são pequenas placas de circuito onde os chips DIP são soldados, facilitando o manuseio e a instalação. Os primeiros módulos de memória criados são chamados de módulos SIMM, sigla que significa "Single In Line Memory Module", justamente porque existe uma única via de contatos, com 30 vias. Apesar de existirem contatos também na parte de trás do módulo, eles servem apenas como uma extensão dos contatos frontais, de forma a aumentar a área de contato com o soquete. Examinando o módulo, você verá um pequeno orifício em cada contato, que serve justamente para unificar os dois lados:

Os módulos de 30 vias possuíam sempre 8 ou 9 chips de memória. Cada chip fornecia um único bit de dados em cada transferência, de forma que 8 deles formavam um módulo capaz de transferir 8 bits por ciclo. No caso dos módulos com 9 chips, o último era destinado a armazenar os bits de paridade, que melhoravam a confiabilidade, permitindo identificar erros. Hoje em dia os módulos de memória são mais confiáveis, de forma que a paridade não é mais usada. No lugar dela, temos o ECC, um sistema mais avançado, usado em módulos de memória destinados a servidores.
Os módulos de 30 vias foram utilizados em micros 386 e 486 e foram fabricados em várias capacidades. Os mais comuns foram os módulos de 1 MB, mas era possível encontrar também módulos de 512 KB, 2 MB e 4 MB. Existiram também módulos de 8 e 16 MB, mas eles eram muito raros devido ao custo.
Apesar de serem muito mais práticos do que manipular diretamente os chips DIP, os módulos SIMM de 30 vias ainda eram bastante inconvenientes, já que era preciso usar 4 módulos idênticos para formar cada banco de memória. Eles foram desenvolvidos pensando mais na questão da simplicidade e economia de custos do que na praticidade.
Para solucionar o problema, os fabricantes criaram um novo tipo de módulo de memória SIMM, de 32 bits, que possui 72 vias. Os módulos de 72 vias substituíram rapidamente os antigos nas placas para 486 e se tornaram o padrão nos micros Pentium, sendo em seguida substituídos pelos módulos de 168 vias.

Finalmente, temos os módulos DIMM, usados atualmente. Ao contrário dos módulos SIMM de 30 e 72 vias, os módulos DIMM possuem contatos em ambos os lados do módulo, o que justifica seu nome, "Double In Line Memory Module" ou "módulo de memória com dupla linha de contato".
Todos os módulos DIMM são módulos de 64 bits, o que eliminou a necessidade de usar 2 ou 4 módulos para formar um banco de memória. Muitas placas-mãe oferecem a opção de usar dois módulos (acessados simultaneamente) para melhorar a velocidade de acesso. Esse recurso é chamado de dual-channel e melhora consideravelmente o desempenho, sobretudo nas placas-mãe com vídeo onboard, onde a placa de vídeo disputa o acesso à memória RAM com o processador principal. De qualquer forma, mesmo nas placas dual-channel, usar os módulos em pares é opcional; você pode perfeitamente usar um único módulo, mas neste caso o suporte a dual-channel fica desativado.
Existem três formatos de memória DIMM. Os mais antigos são os módulos de memória SDR, de 168 vias, que substituíram os antigos módulos de memória EDO, mas logo deram lugar às tecnologias mais recentes. Em seguida, temos os módulos de memória DDR, que possuem 184 contatos, os módulos DDR2, que possuem 240 e os módulos DDR3, que também possuem 240 contatos, mas utilizam tensões e sinalizações diferentes.
Apesar do maior número de contatos, os módulos DDR, DDR2 e DDR3 são exatamente do mesmo tamanho que os módulos SDR de 168 vias, por isso foram introduzidas mudanças na posição dos chanfros de encaixe, de forma que você não consiga encaixar os módulos em placas incompatíveis.
Os módulos SDR possuem dois chanfros, enquanto os DDR possuem apenas um chanfro, que ainda por cima é colocado em uma posição diferente. Temos aqui um módulo DIMM SDR (em cima) e um módulo DDR:

Os módulos DDR2 também utilizam um único chanfro, mas ele está posicionado mais próximo do canto do módulo que o usado nos módulos DDR, de forma que é novamente impossível encaixar um módulo DDR2 numa placa antiga. Temos aqui um módulo DDR2:

Isso é necessário, pois além das mudanças na forma de acesso, os módulos DDR2 utilizam tensão de 1.8V, enquanto os módulos DDR usam 2.5V. Se fosse possível instalar um módulo DDR2 em uma placa antiga, a maior tensão queimaria o módulo rapidamente.
Outra característica que torna os módulos DDR2 diferentes é a presença de um terminador resistivo dentro de cada chip de memória. O terminador é necessário para "fechar o circuito", evitando que os sinais elétricos retornem na forma de interferência ao chegarem ao final do barramento. Nos módulos DDR os terminadores são instalados na placa-mãe, o que torna a terminação menos eficiente. Como os módulos DDR2 operam a frequências muito mais altas, a presença do terminador dentro dos próprios chips se tornou uma necessidade, já que torna o sinal mais estável e livre de ruídos.
Em seguida temos os módulos DDR3. Como comentei, eles utilizam os mesmos 240 contatos dos módulos DDR2 e mantém o mesmo formato. A única diferença visível (fora etiquetas e códigos de identificação) é a mudança na posição do chanfro, que passou a ser posicionado mais próximo do canto do módulo. O chanfro serve justamente para impedir que os módulos sejam encaixados em placas incompatíveis:

Como os módulos DDR2 e DDR3 trabalham a frequências mais altas, o uso de dissipadores se tornou mais comum. Eles não são realmente necessários, mas a melhor dissipação do calor permite que o módulo trabalhe a frequências mais altas, por isso eles se tornaram norma nos módulos de alto desempenho e, principalmente, nos módulos "premium", destinados a overclock. Alguns fabricantes chegam a utilizar heat-pipes ou a oferecer coolers ativos, que podem ser instalados sobre os módulos, mas nesse caso o efeito é mais estético do que prático.
Outra diferença é que os chips DDR2 e DDR3 utilizam o encapsulamento BGA (Ball Grid Array), no lugar do encapsulamento TSOP (Thin Small-Outline Package), usado nos chips SDR e DDR. A grande diferença é que no BGA os pontos de solda são posicionados diretamente na parte inferior dos chips, em vez de serem usadas as "perninhas" laterais. Isso reduz a distância que o sinal elétrico precisa percorrer, além de reduzir o nível de interferências, permitindo que os módulos sejam capazes de operar a frequências mais altas.