RAM คืออะไร ? รู้จักหน่วยความจำหลัก ที่คอมพิวเตอร์ ทุกเครื่องขาดไม่ได้

รู้จัก RAM หน่วยความจำหลัก ที่คอมพิวเตอร์ ทุกเครื่องขาดไม่ได้

ในบทความนี้เราจะมาเล่าเรื่องราวของแรม (RAM) ชื่อเต็ม ๆ ในภาษาอังกฤษของมันคือ "Random-Access  Memory) นั่นเอง และแน่นอนว่าเป็นบทความบนเว็บไซต์ Thaiware.com ย่อมต้องเป็นเนื้อหาของ RAM ที่เป็น อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ (Computer Hardware) ชนิดหนึ่ง ซึ่งไม่ใช่ชื่อสตูดิโออัลบัมของ "วงดนตรี Daft  Punk " " หรือไม่ใช่ชื่อรถกระบะยี่ห้อดังในอเมริกาอย่างแน่นอน (หยอก ๆ)

โดยสำหรับ RAM นั้นพบเห็นได้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายอย่าง ไม่ว่าจะเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์, โน้ตบุ๊ก (Notebook), แท็บเล็ต (Tablet), สมาร์ทโฟน (Smartphone) หรือแม้แต่เครื่องคิดเลข (Calculator) ก็ตาม

ดังนั้น ในบทความนี้ เรามาทำความรู้จักกับ RAM กันให้มากขึ้นกันหน่อยดีกว่า ...

แรมคืออะไร ? (What is RAM ?)

แรม (RAM) ย่อมาจาก "Random Access Memory" มีลักษณะเป็นแผงวงจร Silicon ที่เสียบติดตั้งลงบนมาเธอร์บอร์ด หรือถ้าเป็นชิปแบบ SoC ก็จะอยู่รวมภายในชิปตัวเดียวกันไปเลย แรมเป็นหน่วยความจำภายในแบบชั่วคราว เพราะการเก็บข้อมูลของแรมจะเป็นแบบ "Volatile Memory" คือต้องใช้พลังงานไฟฟ้าในการทำงาน เมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้า หรือปิดเครื่อง ข้อมูลทั้งหมดจะถูกรีเซ็ต ล้างค่า และหายไป

ภาพจาก : https://flic.kr/p/5rExsj

หน้าที่ของแรมคือเป็นที่พักข้อมูลต่าง ๆ เพื่อเตรียมไว้ให้ CPU, GPU หรือซอฟต์แวร์ สามารถดึงไปใช้งานต่อได้อย่างรวดเร็ว รวมไปถึงเป็นตัวกลางในการแลกเปลี่ยนข้อมูลต่าง ๆ ที่ส่งมาจาก อุปกรณ์ต่อพ่วง (Peripheral Devices) อย่างเช่น เมาส์ (Mouse), คีย์บอร์ด (Keyboard), กล้องเว็บแคม (Webcam), ไมโครโฟน (Microphone), เมาส์ปากกา (Pen Tablet) ฯลฯ หรือแม้แต่ อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล (Storage Devices) เพื่อให้ CPU นั้นนำไปประมวลผลต่อได้

และเมื่อ CPU ประมวลผลข้อมูลเหล่านี้เสร็จแล้ว ก็จะถูกส่งกลับมาเก็บในแรมอีกเช่นเคย ก่อนที่จะนำออกไปแสดงผลลัพธ์ยังอุปกรณ์แสดงผล (Output Devices) อย่างเช่น เครื่องพิมพ์ (Printer),  หน้าจอแสดงผล (Display) ฯลฯ หรือจัดเก็บในอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล เป็นลำดับต่อไป

และเนื่องจากว่าแรมเป็นตัวส่งผ่านข้อมูลไปยัง CPU ดังนั้น ในบางครั้งที่คอมพิวเตอร์ของเราทำงานได้ช้าลงก็อาจมีสาเหตุมาจาก “แรมไม่เพียงพอต่อการใช้งาน” ทำให้ CPU จำเป็นจะต้องดึงข้อมูลจากหน่วยความจำที่ทำงานได้ช้ากว่าแรม อย่าง HDD หรือ SSD เป็นเหตุให้เครื่องทำงานได้ช้าลงไปโดยปริยาย

จำนวนแถวของแรมเองก็มีผลต่อการส่งถ่ายข้อมูลด้วยเช่นกัน ซึ่งส่วนมากแล้วแรมที่มีจำนวนแถวมากกว่าและมีการส่งถ่ายข้อมูลแบบ Multi-Channel จะมีการประมวลผลที่ดีและคมชัดกว่า ตัวอย่างเช่น หากจำนวนความจุแรมเท่ากันที่ 16 GB แบบใช้แรม 16 GB x 1 แถว กับแรม 8 GB x 2 แถว อย่างหลังจะทำงานได้ประสิทธิภาพดีกว่า

ภาพจาก https://rog-forum.asus.com/t5/hardware-build-advice/mixed-memory-sizes-in-dual-channel-slots/td-p/831479

ประวัติความเป็นมาของแรม (History of RAM)

ก่อนที่ RAM จะถูกพัฒนาขึ้นมา หน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ในยุคนั้นจะใช้สิ่งที่เรียกว่า "Drum Memory" มันเป็นอุปกรณ์ที่ประกอบขึ้นมาด้วยกระบอกโลหะ (Metal Cylinder) จำนวนมาก โดยภายในนั้นจะมีข้อมูลที่ถูกโปรแกรมเอาไว้ให้ล่วงหน้าแล้ว 

ภาพจาก : https://en.wikipedia.org/wiki/Drum_memory

ถัดจาก Drum Memory ก็ตามมาด้วย Magnetic-core memory (หรือ Core memory) เป็นเทคโนโลยีที่กล่าวได้ว่าเป็นบรรพบุรุษของ RAM ที่ใช้งานกันอยู่ในปัจจุบันนั่นเอง

โดยในส่วนของแกนหน่วยความจำหลัก (Core Memory) ประกอบขึ้นด้วยเส้นลวดขนาดเล็กที่มีคุณสมบัติแม่เหล็ก เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กขึ้นมาภายใน Core ได้ ซึ่งแต่ละ Core จะมีตามสถานะสนามแม่เหล็ก ซึ่งแทนค่า "1" หรือ "0" ได้นั่นเอง

หลังจากผ่านการทดลอง และแก้ไขข้อผิดพลาดอยู่หลายปี ในที่สุด Dynamic Random Access Memory (DRAM) ก็ถูกพัฒนาขึ้นมาในปี ค.ศ. 1968 (พ.ศ. 2511) โดย Robert Heath Dennard วิศวกรชาวเท็กซัส นั่นทำให้เขาได้รับการยกย่องในฐานะผู้ที่สร้าง RAM ขึ้นมาเป็นคนแรก ซึ่งมันช่วยเปิดประตูให้คอมพิวเตอร์ก้าวเข้าสู่ยุคใหม่

ในเวลานั้น Robert Heath Dennard ทำงานอยู่ที่ศูนย์วิจัย IBM Thomas J. Watson Research Center โดยเขารับผิดชอบด้านการพัฒนา Metal-Oxide-Silicon (MOS) Memory ซึ่งในระหว่างที่เขากำลังตรวจสอบคุณลักษณะของเทคโนโลยี MOS อยู่นั้น เขาสังเกตเห็นว่ามันสามารถนำมาสร้างตัวเก็บประจุ (Capacitor) ที่สามารถเก็บสถานะ "ชาร์จ" และ "ไม่ชาร์จ" เอาไว้ภายใน MOS capacitor ได้ ซึ่งนั่นหมายความว่ามันสามารถนำมาใช้แทนค่า 1 และ 0 ได้ ซึ่งนำไปสู่การพัฒนา DRAM และวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรกในชื่อ Intel 1103 ในปี ค.ศ. 1970 (พ.ศ. 2513) โดยมันมีความจุอยู่ที่ 1 กิโลบิต (kbit)

ภาพจาก : https://en.wikipedia.org/wiki/Intel_1103

หลายปีผ่านไป ในปี ค.ศ. 1992 (พ.ศ. 2535) บริษัท Samsung Electronics ได้เปิดตัว RAM รูปแบบใหม่ที่เรียกว่า Synchronous Dynamic Random-Access Memory (SDRAM) ออกมา โดยมีความจุตอนเปิดตัวอยู่ที่ 16  เมกะบิต (Mbit)

และก็ยังเป็น Samsung Electornics อีกเช่นกัน ที่พัฒนาชิป Double Data Rate SDRAM (DDR SDRAM) และ Graphics DDR (GDDR) ออกมาในปี ค.ศ. 1998 (พ.ศ. 2541) ซึ่งเราเคยมีบทความเกี่ยวกับ DDR SDRAM อย่างละเอียดไปแล้ว ผู้ที่สนใจสามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่ ลิงก์นี้

ภาพจาก : https://en.wikipedia.org/wiki/DDR_SDRAM

แรมมีการทำงานอย่างไร ? (How does RAM work ?)

RAM นั้นเป็นหน่วยความจำแบบชั่วคราวที่อยู่ภายในระบบคอมพิวเตอร์ แม้จะเป็นหน่วยความจำแบบชั่วคราว แต่มันก็มีความเร็วในการอ่านเขียนข้อมูลที่เร็วกว่า อุปกรณ์เก็บข้อมูลแบบ SSD และ ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ (HDD) หลายเท่า โดยหน้าที่หลักของ RAM นั้นคือการเป็นที่พักของข้อมูล

ในการเข้าใจหลักการทำงานของ RAM เราต้องมาเข้าใจขั้นตอนการประมวลผลข้อมูลของคอมพิวเตอร์กันก่อน โดยมันมีอยู่ 3 องค์ประกอบ

1. Processor (ตัวประมวลผล) : ข้อมูลจะป้อนไปให้ CPU ซึ่งภายใน CPU ก็จะมี แคช (Cache) ที่เป็นหน่วยความจำความเร็วสูงอยู่ภายในนั้นด้วย
2. RAM (แรม) : ใช้ในการเก็บข้อมูล โดยส่วนใหญ่ก็จะเป็นข้อมูลที่กำลังทำงานอยู่ รวมไปถึงชุดคำสั่งของซอฟต์แวร์ต่าง ๆ ที่กำลังประมวลผลอยู่
3. Storage (อุปกรณ์เก็บข้อมูล) : หน่วยความจำแบบถาวร ที่เก็บข้อมูลเอาไว้ได้ แม้อุปกรณ์จะถูกปิดเครื่องไปแล้วก็ตาม

ข้อมูลจะต้องถูกส่งไปประมวลผลที่ CPU แต่เราจะเห็นว่าคอมพิวเตอร์มีหน่วยความจำอยู่หลายระดับ ทั้งที่เก็บแบบถาวรใน HDD หรือ SSD, เก็บแบบชั่วคราวใน RAM และ CPU cache หมายความว่าระบบจะมีการจัดการกับข้อมูลอยู่หลายระดับ

โดยเมื่อคุณต้องการใช้งานซอฟต์แวร์ หรือเกมใด ๆ ก็ตาม ระบบจะเริ่มต้นจากการดึงข้อมูลที่อยู่ใน HDD หรือ SDD ไปพักไว้ที่ RAM ก่อนเป็นลำดับแรก เพราะ RAM ทำงานได้เร็วกว่าหลายเท่า การที่นำข้อมูลมาพักไว้ในนี้ ทำให้ CPU สามารถดึงข้อมูลไปประมวลผลได้ราบรื่นกว่า โดยเวลา CPU ประมวลผล มันจะดึงข้อมูลไปใส่ไว้ใน CPU cache ก่อน ซึ่งมันเป็นหน่วยความจำที่ทำงานได้เร็วกว่า RAM หลายเท่า แต่มันมีขนาดเล็กมาก แค่เพียงไม่กี่ MB เท่านั้น

อย่างไรก็ตาม หากคุณเปิดซอฟต์แวร์หลายตัวพร้อมกัน (ซึ่งเป็นเรื่องปกติ) หากความจุแรมของคุณมีขนาดเล็ก มันก็อาจจะไม่พอต่อการทำงาน เมื่อเกิดเหตุการณ์ดังกล่าว ระบบก็จะแก้ไขด้วยการสลับข้อมูลบางส่วนออกจาก RAM ไปพักไว้ใน HDD หรือ SSD แทน นั่นเป็นเหตุผลว่าเวลาคุณสลับหน้าต่างซอฟต์แวร์บางครั้งมันจะทำงานช้ากว่าปกติ นั่นเป็นเพราะข้อมูลถูกย้ายจาก RAM ไปไว้บนฮาร์ดไดร์ฟ ซึ่งเรียกข้อมูลกลับมาได้ใช้กว่านั่นเอง และก็ยังเป็นเหตุผลด้วยว่า ทำไมเราถึงควรเหลือพื้นที่ว่างบนฮาร์ดไดร์ฟเอาไว้เสมออย่างน้อย 20%

ประเภทของแรม (Types of RAM)

ในการจำแนกประเภทของ RAM เราจะแบ่งได้ตามขนาดทางกายภาพ (Form Factor) ซึ่งในปัจจุบันก็จะมีอยู่ 2 รูปแบบ คือ DIMM และ SO-DIMM (SoDIMM) โดยจะแตกต่างกันที่ขนาดของมัน ซึ่งทั้ง 2 จะไม่สามารถใช้งานแทนกันได้ ปกติแล้วคอมพิวเตอร์แบบตั้งโต๊ะ (Desktop Computer) ก็จะใช้ RAM แบบ DIMM ส่วนในโน้ตบุ๊ก หรือในคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะที่มีขนาดเล็กจะใช้ RAM แบบ SO-DIMM เป็นต้น

ทั้งนี้ ในอดีต สมัยที่ยังเป็น DDR2 SDRAM จะมี Mini-DIMM และ Micro-DIMM ที่ขนาดเล็กเป็นพิเศษถูกผลิตออกมาด้วย แต่ใน RAM มาตรฐานใหม่ ๆ จะไม่มีการใช้ Form Factor นี้แล้ว

ภาพจาก : https://www.itechtics.com/dimm-sodimm-microdimm/

แรมในเวอร์ชันต่าง ๆ (Generations of RAM)

หลังจาก DRAM มาเป็น SDRAM ตอนนี้ มาตรฐานของแรมคอมพิวเตอร์ที่ใช้กันในปัจจุบันนี้จะเป็น Double Data Rate Synchronous Dynamic Random-Access Memory (DDR SDRAM) ซึ่งมีการพัฒนาออกมาจนถึงตอนนี้ก็เป็น DDR5 แล้ว ใครประกอบ หรือเลือกซื้อคอมพิวเตอร์ในตอนนี้ ถ้าเลือกฮาร์ดแวร์รุ่นล่าสุดก็จะเป็น DDR5 ทั้งหมดแล้ว แต่ถ้าซื้อของตกรุ่นก็จะเป็น DDR4

สำหรับความแตกต่างของ DDR ในแต่ละเวอร์ชัน สามารถดูได้จากตารางด้านล่างนี้