RAM là gì? Cơ chế hoạt động và phân loại RAM hiện nay

3125

17-11-2025

RAM, hay bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, là thành phần quan trọng quyết định tốc độ xử lý của máy tính. Hãy cùng Bizfly Cloud tìm hiểu về cơ chế hoạt động, các loại RAM phổ biến và xu hướng phát triển của công nghệ này.

RAM là gì

RAM (Random Access Memory – bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) là bộ nhớ tạm thời trong thiết bị điện tử như máy tính, laptop, server,… có nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu đang được hệ điều hành (OS) và phần mềm sử dụng.

Nhờ RAM, CPU có thể truy cập dữ liệu nhanh chóng, giúp thiết bị xử lý tác vụ mượt mà và hiệu quả hơn. RAM thường được gọi là bộ nhớ chính (main memory) của máy tính, khác với bộ nhớ đệm (cache) của CPU hoặc bộ nhớ lưu trữ lâu dài như ổ cứng HDD/SSD.

RAM được coi là một phần của bộ nhớ chính của máy tính. Nó có tốc độ đọc và ghi nhanh hơn nhiều so với bộ lưu trữ thứ cấp, chẳng hạn như ổ đĩa cứng (HDD), ổ đĩa thể rắn (SSD) hoặc ổ đĩa quang. Tuy nhiên, RAM dễ bay hơi; nó chỉ lưu giữ dữ liệu khi máy tính đang bật. Nếu mất điện, dữ liệu cũng sẽ mất. Khi máy tính được khởi động lại, hệ điều hành và các tệp khác phải được tải lại vào RAM, thường là từ HDD hoặc SSD.

Cơ chế hoạt động của RAM

Thuật ngữ truy cập ngẫu nhiên, hoặc truy cập trực tiếp, khi áp dụng cho RAM dựa trên sự thật là bất kỳ vị trí lưu trữ nào cũng có thể được truy cập trực tiếp thông qua địa chỉ bộ nhớ của nó và việc truy cập có thể là ngẫu nhiên. RAM được tổ chức và kiểm soát theo cách cho phép dữ liệu được lưu trữ và truy xuất trực tiếp đến và từ các vị trí cụ thể. Các loại bộ nhớ khác -- chẳng hạn như HDD hoặc CD-ROM -- cũng có thể được truy cập trực tiếp và ngẫu nhiên, nhưng thuật ngữ truy cập ngẫu nhiên không được sử dụng để mô tả chúng.

Ban đầu, thuật ngữ bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên được sử dụng để phân biệt bộ nhớ lõi thông thường với bộ nhớ ngoại tuyến. Bộ nhớ ngoại tuyến thường đề cập đến băng từ, từ đó một phần dữ liệu cụ thể chỉ có thể được truy cập bằng cách định vị địa chỉ tuần tự, bắt đầu từ đầu băng. RAM tương tự về mặt khái niệm với một tập hợp các hộp được sắp xếp thành các cột và hàng, mỗi hộp chứa 0 hoặc 1 (nhị phân). Mỗi hộp có một địa chỉ duy nhất được xác định bằng cách đếm theo cột và hàng. Một tập hợp các hộp RAM được gọi là một mảng và mỗi hộp được gọi là một ô.

Để tìm một ô cụ thể, bộ điều khiển RAM gửi địa chỉ cột và hàng xuống một đường điện mỏng được khắc trên chip. Mỗi hàng và cột trong một mảng RAM có đường địa chỉ riêng. Bất kỳ dữ liệu nào được đọc từ mảng sẽ được trả về trên một đường dữ liệu riêng biệt.

RAM có kích thước vật lý nhỏ và được lưu trữ trong các vi mạch. Các vi mạch này được tập hợp thành các mô-đun bộ nhớ, được cắm vào các khe trên bo mạch chủ của máy tính. Một bus, hoặc một tập hợp các đường dẫn điện, được sử dụng để kết nối các khe cắm trên bo mạch chủ với bộ xử lý. RAM cũng nhỏ về lượng dữ liệu mà nó có thể lưu trữ. Một máy tính xách tay thông thường có thể đi kèm với 8 GB hoặc 16 GB RAM, trong khi ổ cứng có thể chứa 10 TB dữ liệu. Ổ cứng lưu trữ dữ liệu trên bề mặt từ hóa trông giống như một đĩa nhựa vinyl. Ngoài ra, SSD lưu trữ dữ liệu trong các chip nhớ, không giống như RAM, chúng không dễ bay hơi. Chúng không yêu cầu nguồn điện liên tục và sẽ không mất dữ liệu nếu tắt nguồn.

Cấu tạo của RAM

Cấu tạo của RAM gồm nhiều thành phần chính, mỗi phần đều đóng vai trò quyết định đến khả năng hoạt động và hiệu suất của bộ nhớ.

Bo mạch

Bo mạch RAM là phần nền tảng chứa các thành phần chính, cung cấp dây dẫn và kết nối điện cần thiết cho các chip nhớ hoạt động ổn định. Ngày nay, bo mạch RAM có thiết kế nhỏ gọn, tích hợp các mạch mạch điện tử phức tạp để tối ưu tốc độ truyền dữ liệu. Bo mạch có khả năng chống nhiễu, giảm thiểu rủi ro lỗi kỹ thuật trong quá trình hoạt động.

Tốc độ của bo mạch RAM quyết định phần lớn đến khả năng xử lý dữ liệu của toàn bộ hệ thống. Việc chọn đúng loại bo mạch phù hợp giúp tối ưu hiệu suất, giảm xung đột và lỗi kỹ thuật trong quá trình sử dụng lâu dài.

Vi xử lý

Trong cấu tạo RAM, vi xử lý (vi điều khiển) đóng vai trò điều phối, quản lý các hoạt động truy cập và xử lý dữ liệu từ bộ nhớ. Nó đảm bảo các lệnh được thực hiện đúng trình tự, kiểm soát thời điểm ghi, đọc dữ liệu, đồng thời tuyên truyền các tín hiệu điều khiển giữa các thành phần khác nhau.

Vi xử lý trong RAM còn làm nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ, cấu hình, đồng bộ hoạt động, giúp tối đa hóa hiệu năng và ổn định của bộ nhớ.

Ngân hàng bộ nhớ

Ngân hàng bộ nhớ (Memory bank) là các khối bộ nhớ riêng biệt trong một dung lượng RAM lớn, cho phép truy cập và xử lý dữ liệu theo từng vùng. Đặc điểm nổi bật của ngân hàng bộ nhớ chính là khả năng truy cập đồng thời nhiều phần dữ liệu khác nhau, giúp cải thiện tốc độ xử lý và đa nhiệm.

Trong các hệ thống RAM hiện đại, việc chia nhỏ thành các ngân hàng giúp giảm thiểu xung đột về truy cập dữ liệu, tối ưu hóa hiệu suất tổng thể. Điều này đặc biệt quan trọng trong các tác vụ đòi hỏi độ trễ thấp, như chơi game chuyên nghiệp, thiết kế đồ họa 3D hay xử lý dữ liệu lớn.

Chip SPD

Chip SPD (Serial Presence Detect) giúp hệ thống nhận biết, cấu hình các tính năng của RAM như dung lượng, tốc độ, điện áp phù hợp ngay khi khởi động máy. Đây là bộ nhớ nhỏ, nằm trên bo mạch RAM, chứa các thông số kỹ thuật quan trọng giúp BIOS hoặc UEFI tự động điều chỉnh hoạt động phù hợp.

Bộ đếm

Bộ đếm (Counter) trong RAM theo dõi và quản lý hoạt động truy cập, ghi chép các lệnh thao tác của CPU. Các bộ đếm này giúp tối ưu hóa quá trình phân phối dữ liệu, đảm bảo không xảy ra xung đột hoặc lỗi dữ liệu khi nhiều tác vụ cùng chạy đồng thời.

Trong thực tế, bộ đếm còn giúp phát hiện lỗi, kiểm soát khả năng tràn bộ đệm và duy trì hoạt động liên tục, mượt mà của hệ thống. Trình quản lý bộ đếm còn có tác dụng phân phối tài nguyên hiệu quả, giảm thiểu thời gian chờ đợi của CPU đối với bộ nhớ.

Các thông số trên RAM

Không chỉ dừng lại ở dung lượng, RAM còn có nhiều thông số kỹ thuật quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu năng tổng thể của hệ thống. Việc nắm rõ các thông số này giúp người dùng chọn được loại RAM phù hợp, tối ưu tốc độ xử lý và khả năng mở rộng về sau.

Các thông số phổ biến gồm có tốc độ xung nhịp (MHz), độ trễ (Latency), điện áp hoạt động, kiểu dáng, chuẩn DDR, số khe cắm và khả năng hỗ trợ đa kênh (dual/quad-channel).

Tốc độ xung nhịp (MHz) càng cao, tốc độ truyền dữ liệu càng nhanh, giúp giảm thời gian phản hồi trong quá trình xử lý.

Độ trễ (Latency) càng thấp, RAM phản hồi càng nhanh, giúp hạn chế độ trễ trong thao tác và tăng độ mượt khi chạy ứng dụng.

Điện áp hoạt động và chuẩn DDR (DDR4, DDR5...) ảnh hưởng đến khả năng tương thích với bo mạch chủ cũng như hiệu suất năng lượng.

Ngoài ra, trong các hệ thống máy chủ hoặc môi trường yêu cầu độ chính xác cao, RAM hỗ trợ ECC (Error-Correcting Code) đóng vai trò rất quan trọng, giúp phát hiện và sửa lỗi dữ liệu, đảm bảo hoạt động ổn định và tin cậy.

Nhu cầu RAM của bạn là bao nhiêu?

Hầu hết các PC cho phép người dùng thêm mô-đun RAM đến một giới hạn nhất định. Việc có nhiều RAM hơn trong máy tính giúp giảm số lần bộ xử lý phải đọc dữ liệu từ ổ cứng hoặc ổ đĩa thể rắn, một thao tác mất nhiều thời gian hơn so với việc đọc dữ liệu từ RAM. Thời gian truy cập RAM tính bằng nano giây, trong khi thời gian truy cập bộ nhớ tính bằng mili giây.

RAM chỉ có thể chứa một lượng dữ liệu hạn chế, ít hơn nhiều so với bộ lưu trữ thứ cấp như SSD hoặc HDD. Nếu RAM đầy và cần thêm dữ liệu, hệ thống phải giải phóng dung lượng trong RAM cho dữ liệu mới. Quá trình này có thể liên quan đến việc di chuyển dữ liệu tạm thời sang bộ nhớ thứ cấp, thường bằng cách hoán đổi hoặc phân trang các tệp. Các thao tác như vậy có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất, đó là lý do tại sao điều quan trọng là hệ thống phải có đủ RAM để hỗ trợ khối lượng công việc của nó.

Lượng RAM cần thiết phụ thuộc vào cách hệ thống đang được sử dụng. Ví dụ, khi chỉnh sửa video, bạn nên có ít nhất 16 GB RAM, mặc dù nhiều hơn là tốt hơn. Đối với chỉnh sửa hình ảnh trong Photoshop, Adobe khuyến nghị hệ thống có ít nhất 8 GB RAM để chạy Photoshop Creative Cloud trên máy Mac. Tuy nhiên, nếu người dùng đang làm việc với nhiều ứng dụng cùng lúc, ngay cả 8 GB RAM cũng có thể không đủ và hiệu suất sẽ bị ảnh hưởng.

Các loại RAM

RAM có hai dạng chính:

DRAM (Dynamic Random Access Memory - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động). DRAM thường được sử dụng cho bộ nhớ chính của máy tính. Như đã lưu ý trước đó, nó cần nguồn điện liên tục để lưu giữ dữ liệu đã lưu trữ. DRAM rẻ hơn SRAM và cung cấp mật độ cao hơn, nhưng nó tạo ra nhiều nhiệt hơn, tiêu thụ nhiều năng lượng hơn và không nhanh bằng SRAM.

Each DRAM lưu trữ một điện tích dương hoặc âm được giữ trong một tụ điện. Dữ liệu này phải được làm mới liên tục bằng điện tích cứ sau vài mili giây để bù cho sự rò rỉ từ tụ điện. Một bóng bán dẫn đóng vai trò như một cổng, xác định xem giá trị của tụ điện có thể được đọc hoặc ghi hay không.

SRAM (Static Random Access Memory - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh). Loại RAM này thường được sử dụng cho bộ nhớ đệm tốc độ cao của hệ thống, chẳng hạn như L1 hoặc L2. Giống như DRAM, SRAM cũng cần nguồn điện liên tục để giữ dữ liệu, nhưng nó không cần phải được làm mới liên tục như DRAM. SRAM đắt hơn DRAM và có mật độ thấp hơn, nhưng nó tạo ra ít nhiệt hơn, tiêu thụ ít năng lượng hơn và mang lại hiệu suất tốt hơn.

IN SRAM, thay vì tụ điện giữ điện tích, bóng bán dẫn hoạt động như một công tắc, với một vị trí là 1 và vị trí kia là 0. RAM tĩnh yêu cầu một số bóng bán dẫn để lưu giữ một bit dữ liệu so với RAM động, chỉ cần một bóng bán dẫn cho mỗi bit. Đây là lý do tại sao chip SRAM lớn hơn và đắt hơn nhiều so với một lượng DRAM tương đương.

Do sự khác biệt giữa SRAM và DRAM, SRAM chủ yếu được sử dụng với số lượng nhỏ, đáng chú ý nhất là bộ nhớ đệm bên trong bộ xử lý của máy tính.

RAM điện thoại khác gì so với RAM laptop

RAM trong điện thoại thường thuộc loại LPDDR (Low Power DDR) được thiết kế đặc biệt để tiết kiệm năng lượng, giúp kéo dài thời lượng pin trong khi vẫn duy trì tốc độ xử lý ổn định. Loại RAM này hoạt động với điện áp thấp, phù hợp cho các thiết bị di động có giới hạn về không gian và năng lượng.

Ngược lại, RAM trong laptop thường là DDR (DDR4, DDR5,...) có dung lượng lớn hơn và hiệu năng cao hơn, phục vụ tốt cho các tác vụ đa nhiệm, xử lý đồ họa, lập trình, hoặc chơi game. DDR RAM trong laptop cũng được tối ưu về băng thông và khả năng xử lý khối lượng dữ liệu lớn hơn nhiều so với LPDDR.

Một điểm khác biệt quan trọng là cấu trúc và khả năng nâng cấp:

RAM điện thoại thường hàn trực tiếp lên bo mạch chủ (onboard), không thể thay thế hoặc nâng cấp.
RAM laptop thường được lắp trên khe cắm (slot), cho phép người dùng nâng cấp hoặc mở rộng dung lượng dễ dàng khi cần.

Nhờ sự khác biệt này, mỗi loại RAM được tối ưu cho mục đích sử dụng riêng: LPDDR cho thiết bị di động - nơi ưu tiên tiết kiệm năng lượng, còn DDR cho laptop - nơi ưu tiên hiệu suất và khả năng mở rộng.

Xu hướng phát triển tương lai

RRAM (Resistive Random Access Memory - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên điện trở) hoặc ReRAM là bộ nhớ không bay hơi có thể thay đổi điện trở của vật liệu điện môi rắn mà nó được cấu tạo. Các thiết bị ReRAM chứa một memristor trong đó điện trở thay đổi khi các điện áp khác nhau được áp dụng.

ReRAM tạo ra các khoảng trống oxy, là các khuyết tật vật lý trong một lớp vật liệu oxit. Các khoảng trống này đại diện cho hai giá trị trong hệ nhị phân, tương tự như các electron và lỗ trống của chất bán dẫn.

ReRAM có tốc độ chuyển mạch cao hơn so với các công nghệ lưu trữ không bay hơi khác, chẳng hạn như flash NAND. Nó cũng hứa hẹn mật độ lưu trữ cao hơn và mức tiêu thụ điện năng thấp hơn so với flash NAND. Điều này làm cho ReRAM trở thành một lựa chọn tốt cho bộ nhớ trong các cảm biến được sử dụng cho các ứng dụng công nghiệp, ô tô và internet vạn vật (IoT).

Các nhà cung cấp đã phải vật lộn trong nhiều năm để phát triển công nghệ ReRAM và đưa chip vào sản xuất. Tuy nhiên, họ đã đạt được tiến bộ chậm nhưng ổn định và một số nhà cung cấp hiện đang xuất xưởng các thiết bị ReRAM.

Có thời điểm, ngành công nghiệp bộ nhớ đã đặt rất nhiều hy vọng vào các công nghệ SCM (Storage-Class Memory - Bộ nhớ lớp lưu trữ) như 3D XPoint. 3D XPoint có kiến trúc giao điểm không bóng bán dẫn, trong đó các bộ chọn và ô nhớ nằm ở giao điểm của các dây vuông góc. 3D XPoint không nhanh bằng DRAM, nhưng nó nhanh hơn NAND và cung cấp bộ nhớ không bay hơi.

Tuy nhiên, kết quả đáng kể duy nhất của nỗ lực này là dòng sản phẩm Optane của Intel, bao gồm cả SSD và mô-đun bộ nhớ. Hy vọng rằng Optane cuối cùng có thể lấp đầy khoảng cách giữa RAM động và bộ nhớ flash NAND, đóng vai trò cầu nối giữa chúng.

Về hiệu suất và giá cả, Optane đã tự định vị ở đâu đó giữa DRAM nhanh nhưng tốn kém và flash NAND chậm hơn, ít tốn kém hơn. Thật không may, công nghệ này chưa bao giờ cất cánh và công ty đã ngừng nỗ lực phát triển Optane. Tương lai của Optane và các công nghệ SCM tương tự vẫn chưa chắc chắn.

Tăng cường hiệu suất với LPDDR5

Vào tháng 2 năm 2019, Hiệp hội Công nghệ Trạng thái rắn JEDEC đã công bố tiêu chuẩn JESD209-5, LPDDR5 (Low Power Double Data Rate 5 - Tốc độ dữ liệu kép năng lượng thấp 5). Bộ nhớ LPDDR5 hứa hẹn tốc độ dữ liệu lên tới 6400 MT/s (Mega Transfers per Second - Mega chuyển mỗi giây), cao hơn 50% so với phiên bản đầu tiên của LPDDR4, đạt tốc độ 3200 MT/s.

Vào tháng 7 năm 2019, Samsung Electronics đã bắt đầu sản xuất hàng loạt DRAM di động LPDDR5 12 Gb đầu tiên của ngành. Theo Samsung, DRAM đã được tối ưu hóa để kích hoạt các tính năng 5G và AI trong điện thoại thông minh tương lai. Kể từ đó, một số nhà cung cấp khác đã tung ra bộ nhớ LPDDR5, với dung lượng hiện đạt 64 GB.

LPDDR5 hứa hẹn sẽ tăng đáng kể tốc độ và hiệu quả bộ nhớ cho nhiều ứng dụng, bao gồm các thiết bị điện toán di động như điện thoại thông minh, máy tính bảng và máy tính xách tay siêu mỏng, cũng như máy tính xách tay cao cấp như MacBook Pro.

Chi phí của RAM

Giá DRAM đã giảm đáng kể vào đầu năm 2023, nhưng xu hướng đó đã đảo ngược vào cuối năm, với giá tiếp tục tăng. Đầu năm, đã có sự dư cung DRAM, một phần do nhu cầu thấp hơn. Đáp lại, các nhà sản xuất bắt đầu cắt giảm sản xuất, bắt đầu đẩy giá trở lại.

Trên thực tế, thị trường có thể chứng kiến sự tăng giá đáng kể vào năm 2024, tùy thuộc vào mức sản xuất và hàng tồn kho, cũng như nhu cầu sản phẩm. Theo công ty phân tích TrendForce, giá hợp đồng cho một mô-đun bộ nhớ DDR5 8 GB trung bình khoảng 17.50 USD vào cuối tháng 11 năm 2023, tăng 2.94% so với tháng trước. Cho dù giá tiếp tục tăng hay giảm trở lại, thị trường DRAM vẫn biến động như bao giờ hết.