De verschillende soorten computergeheugen en -opslag uitgelegd

De eerste iPhone die in 2007 op de markt kwam, had 4 GB tot 8 GB opslagruimte, waar alle bestanden, zoals foto's en muziek, werden bewaard. Tegenwoordig kun je een Android-smartphone kopen met 512 GB opslag, 64x meer dan de originele iPhone.

In technologie zijn 16 jaar eeuwen. Maar dat is niet het hele verhaal. Geheugen en opslag hebben bijvoorbeeld vergelijkbare functies - het beschutten van bits en bytes - maar werken anders.

Wat is het verschil tussen geheugen, opslag en cache?

Mensen gebruiken "geheugen" en "opslag" als synoniemen. Het is logisch, maar toch fout. De gelijkenis is duidelijk; beide bevatten gegevens en worden gemeten in bytes, maar het gebruik verschilt.

Opslag is gericht op langdurige, nou ja... Opslag. Dossiers worden daar ongestoord bewaard totdat ze nodig zijn. Terwijl bij geheugen (random access memory - RAM) alles draait om de gegevens die computers nodig hebben om snel toegang te krijgen. In het systeemgeheugen worden bijvoorbeeld gebruikte bestanden, gegevens met betrekking tot geopende apps en belangrijke bestanden van het besturingssysteem bewaard. Dat komt omdat geheugen sneller is dan opslag. Helaas is het ook duurder, dus de RAM-capaciteit is kleiner dan de opslag.

Maar we lopen op de zaken vooruit. Laten we ze allemaal in detail uitleggen.

CPU-cachegeheugen

RAM staat voor willekeurig toegankelijk geheugen. Zoals hierboven uitgelegd, worden hier gegevens opgeslagen om gemakkelijk toegankelijk te zijn.

Cachegeheugen is echter in de jaren tachtig ontstaan ​​omdat het geheugen toen niet snel genoeg was. Cachegeheugen werkt op dezelfde manier als RAM, maar dan sneller. Het staat bovenaan de snelheidsgrafieken en is rechtstreeks geïntegreerd in de centrale verwerkingseenheid (CPU) waar uw computer omheen is gebouwd.

Cache is razendsnel, maar kost zelfs meer dan RAM. Zijn kleine capaciteiten laten dat zien. De meeste computers hebben tegenwoordig bijvoorbeeld ongeveer 8-32 GB RAM. In tegenstelling tot, de snelste cache, L1, heeft meestal kilobytes aan opslagruimte, terwijl de L3-cache (de grootste) tot enkele tientallen megabytes wordt aangevuld (hoewel sommige CPU's nu L3-caches hebben van honderden megabytes).

Willekeurig toegankelijk geheugen (RAM)

Een opgeslagen bestand wordt, wanneer geopend, gekopieerd naar RAM. Momenteel draaiende apps en sommige delen van het besturingssysteem worden daar ook bewaard. RAM is rond het einde van de jaren veertig gemaakt, waardoor gegevens in willekeurige volgorde kunnen worden opgeslagen en opgehaald - vandaar de "willekeurige" naam. RAM is "vluchtige opslag". De inhoud wordt gewist wanneer het apparaat wordt uitgeschakeld en de stroom stopt met stromen.

Er zijn ook veel soorten RAM.

SDRAM

Computers gebruiken sinds de jaren negentig Synchronous Dynamic RAM (SDRAM). Dat is wat iemand bedoelt als ze zeggen: "deze computer heeft 16 GB RAM".

Veel apparaten gebruiken nu DDR5 RAM (Double Data Rate 5th Generation-geheugen - de nieuwste versie op het moment van schrijven) als SDRAM. Het is echter nog steeds duur, dus DDR4 blijft mainstream. Je vindt zelfs oudere DDR3-modules in oudere computers en telefoons.

Geheugenmodules zijn verkrijgbaar in twee formaten: DIMM voor desktops en SODIMM voor laptops en kleine computers. Onlangs is een nieuwe vormfactor, CAMM, voorgesteld voor laptops. CAMM heeft voordelen ten opzichte van SODIMM maar is nog geen wijdverbreide standaard.

Nu zijn er meestal twee soorten SDRAM: modules of gesoldeerd. Vormfactoren verschillen, maar ze werken hetzelfde.

Gesoldeerd RAM wordt gebruikt in smartphones, tablets en sommige laptops. Moderne Apple-computers gebruiken ook gesoldeerd RAM omdat dit de prestaties kan verbeteren. Laptops met gesoldeerd RAM-geheugen hebben mogelijk een of meer geheugenslots voor toekomstige uitbreiding, maar dat is vaak niet het geval. Computers die alleen gesoldeerd RAM gebruiken, kunnen niet worden geüpgraded. Ze kunnen meestal tijdens de aankoop worden aangepast, maar u kunt ze later niet uitbreiden.

Video-RAM (VRAM)

Soms vereisen gegevens hogere snelheden dan SDRAM, maar er komt meer bij kijken dan de cachecapaciteit. Het meest voorkomende voorbeeld zijn grafisch-intensieve taken: zwaar gamen, videobewerking of 3D-modellering.

Deze hebben de toepasselijke naam video-RAM (VRAM) nodig. GDDR6X, momenteel het snelste type, overtreft de snelheden van DDR5 met een factor 20. Het is ook in de GPU gesoldeerd, wat zorgt voor een lagere latentie. Helaas kun je niet zomaar meer VRAM kopen terwijl het erop is gesoldeerd afzonderlijke grafische kaarten, niet verkocht als modules.

Geïntegreerde GPU's (iGPU's) zijn ook gebruikelijk. Ze zijn geïntegreerd in de CPU en hebben een kleine hoeveelheid toegewezen VRAM (megabytes versus gigabytes voor een speciale GPU). Geïntegreerde GPU's gebruiken verenigd geheugen, dat SDRAM is dat wordt gedeeld tussen de CPU en iGPU. De CPU bepaalt hoeveel RAM beschikbaar is voor grafische afbeeldingen en neemt wat terug wanneer dat nodig is. De nadelen van verenigd geheugen zijn lagere bandbreedte en capaciteit.

Niet-vluchtig RAM (NVRAM)

We zeiden toch dat RAM vluchtig is? Maar er is een verkeerde benaming: niet-vluchtig RAM (NVRAM). Gemaakt in de jaren zestig, heeft het nadelen in vergelijking met vluchtig RAM, dus de laatste is populairder.

Een recente "succesvolle" NVRAM was Optane van Intel en Micron. Optane zag eruit als - en werkte soms als - een snellere PCIe SSD en fungeerde als RAM met specifieke Intel CPU's. Het was niet zo snel als SDRAM, met prijzen en capaciteit daar tussenin. Fabrikanten stopten met Optane in 2021.

Er zijn twee - misschien anderhalf - zeer specifieke typen NVRAM die veel worden gebruikt. De eerste wordt gebruikt met UEFI in moderne moederborden (UEFI vervangt het oudere BIOS). UEFI-instellingen worden bewaard in NVRAM omdat het wordt geladen voordat er opslagruimte beschikbaar is. De UEFI zelf is opgeslagen in een ROM-chip - daarover binnenkort meer.

Het "halve" type is vluchtige RAM die batterijen gebruikt om gevoed te blijven terwijl het apparaat is uitgeschakeld. Dit wordt gebruikt om kleine hoeveelheden gegevens te bewaren die nodig zijn voor eenvoudigere taken. Moederborden die nog steeds het oudere BIOS gebruiken, gebruiken dit. Oudere gameconsoles die cartridges en/of geheugenkaarten gebruikten, slaan opgeslagen bestanden op met vluchtig RAM en een batterij.

Alleen-lezen geheugen (ROM)

Die spelcassettes worden opgeslagen op ROM-chips, net als UEFI en BIOS. Elke niet-herschrijfbare optische schijf, zoals een Blu-ray, is ook een type ROM.

Maar hier en daar brengen fabrikanten UEFI-updates uit. Dus hoe zijn ze "alleen-lezen" als ze kunnen worden geschreven?

Dit zijn elektrisch uitwisbare ROM (EEPROM). Updates op EEPROM worden uitgevoerd via zeer trage en zorgvuldige processen. Dat komt omdat een mislukte UEFI- of BIOS-update je moederbord kan beschadigen.

De gebruikelijke ROM moet ook worden geschreven. Nogmaals, de details zijn afhankelijk van de media. Optische ROM's kunnen bijvoorbeeld één keer worden beschreven, terwijl ROM-chips industriële machines nodig hebben en vervolgens alleen-lezen worden. Programmeerbare ROM (PROM) kan worden beschreven door goedkopere apparaten, wat gebruikelijk is bij hobbyisten.

Computeropslag: van karton tot cloud

Zoals eerder uitgelegd, bewaart opslag gegevens voor de lange termijn. De eerste computers gebruikten hiervoor geperforeerd karton. Ze bevatten computerprogramma's en moesten zorgvuldig worden doorboord met een binaire code die leesbaar was voor de machine - absoluut niet gebruiksvriendelijk.

Magnetische opslag

De eerste enorme evolutie in computeropslag vond plaats in de jaren vijftig, toen magneetbanden werden gebruikt om grotere hoeveelheden gegevens op te slaan.

Magnetische opslag was een geweldig idee, dus daarop bouwden harde schijven. Harde schijven (HDD's) zijn vanaf de jaren zestig tot op de dag van vandaag het belangrijkste type computeropslag geweest. Maar zelfs de beste harde schijven hebben bewegende onderdelen nodig die apparaten kwetsbaar maken voor schade en impactsnelheid.

Flash-geheugen, zoals solid-state drives (SSD's), lost beide problemen op. Gemaakt van siliciumchips, zoals RAM, leest en schrijft dit type opslag gegevens elektrisch.

Externe opslag: gegevens onderweg

Al die media wordt interne opslag genoemd: dingen die in de computer worden bewaard en alleen daar worden gebruikt. Maar iedereen moet af en toe ergens gegevens mee naartoe nemen.

Externe opslag is eigenlijk zo oud als computers zelf. Geperforeerde kaarten werden in een sleuf gestoken, dus technisch verwijderbare opslag. Tapes konden permanente gegevens opslaan, maar HDD's kwamen kort daarna en waren aanzienlijk beter. De tape was goedkoper om te maken en kleiner en werd populair als externe media.

Eerst werd het vervangen door diskettes. Optische drives hadden de volgende stap moeten zijn, maar de herschrijfbare versies waren te duur.

Dus stapten klanten snel over op flash-opslag. Thumbdrives en externe HDD's of SSD's: hetzelfde als hun interne tegenhangers, maar dan met USB.

Cloudopslag vervangt flash als externe media. Omdat het echter een constante internetverbinding nodig heeft, zal het draagbare externe opslag niet volledig vervangen.

Back-up opslag

Ten slotte is er back-upopslag. Het werkt zoals elk ander opslagtype: de media zijn hetzelfde. Het verschil is de opzet: back-up is een failsafe.

Interne back-up - wanneer de interne opslag bestaat uit twee of meer schijven die in realtime worden gekopieerd - wordt door de meeste mensen niet veel gebruikt, maar is cruciaal voor bedrijven. Externe back-ups, zoals USB HDD's of SSD's, Network-Attached Storage (NAS) en zelfs cloudoplossingen komen vaker voor.

Bedrijven die enorme hoeveelheden back-upredundantie nodig hebben, nemen vaak hun toevlucht tot 'koude back-up'. Dit gebeurt minder vaak en de opslag wordt losgekoppeld van computers wanneer deze niet in gebruik is. Vreemd genoeg blijft magneetband, dat wordt gebruikt bij "noodherstel", tegenwoordig nog steeds gebruikelijk.

Cache, opslag en geheugen spelen allemaal verschillende rollen

Cache, geheugen en opslag spelen allemaal verschillende maar essentiële rollen om uw computer draaiende te houden. In de toekomst zullen we waarschijnlijk de capaciteit van al deze soorten geheugen zien toenemen, en onderzoek hiernaar is een concurrerend gebied.