1. Cómo los chips de memoria guardan 0 y 1 almacenando electricidad
Dentro de los chips de memoria hay una multitud de pequeños recipientes. Cada uno de estos recipientes puede recordar solo un 0 o un 1, lo que se conoce como 1 bit. En este tipo de memoria, llamada DRAM, se utiliza un pequeño componente capaz de almacenar electricidad (un condensador) para cada bit. Si hay electricidad acumulada, es un 1; si no la hay, es un 0 [1].
Además, hay un transistor que actúa como interruptor, conectando el condensador con el camino de los datos solo cuando se necesita entrar o salir información [5]. Como se usa un componente por cada bit, la cantidad es enorme. Una memoria de 8 GiB tiene 8 × 2 elevado a la potencia 30 × 8, lo que da 68,719,476,736 bits, es decir, aproximadamente 68,700 millones de bits de recipientes. Si cuentas en decimales usando 8 GB, son 64,000 millones. Ambos son valores calculados según la capacidad y pueden diferir ligeramente de los chips reales.
2. Por qué la electricidad guardada se filtra y se reescribe unas 15 veces por segundo
La electricidad guardada en los condensadores se filtra naturalmente con el tiempo [2][4]. Si la electricidad que pusiste para representar un 1 disminuye, ya no se puede distinguir de un 0.
Por eso, la DRAM lee el contenido a intervalos fijos y lo reescribe igual. A esto se le llama "refresco". Los artículos explicativos indican ciclos cortos, de decenas de milisegundos [2]. En la DDR4 común, a temperatura estándar, cada fila se refresca al menos una vez cada 64 milisegundos. Como se divide en 8,192 partes, la instrucción se emite cada 7.8 microsegundos aproximadamente [3].
64 milisegundos es aproximadamente 1/15.6 de un segundo. Dicho de otra forma, alguna fila de la memoria se reescribe unas 15.6 veces por segundo. Sin embargo, este es un valor estándar; la distancia se acorta si hace mucho calor y varía según el dispositivo real [3].
Además de la fuga, si apagas la energía, no se puede reescribir. Por eso, el contenido de la DRAM desaparece al cortar la corriente. A esta clase de memoria se le llama memoria volátil [4].
3. Por qué la memoria pasó de 6 transistores a 1 para competir con los núcleos magnéticos
¿Por qué usar componentes que pierden electricidad? Antes, la memoria principal tenía otra estructura. Eran pequeños anillos de imanes llamados "núcleos magnéticos". Cada anillo se encargaba de 1 bit, y la dirección del imán distinguía entre 0 y 1 [1].
Se cuenta que en el otoño de 1966, Robert Dennard, de IBM, tuvo la idea de almacenar electricidad para guardar 1 bit después de escuchar una presentación sobre investigaciones de memoria de la época, como los núcleos magnéticos [6]. En la memoria de semiconductores de entonces, había diseños que usaban 6 transistores por bit. La propuesta de Dennard redujo esto a 1 transistor y 1 condensador [5]. La patente fue en 1968, pero como las fuentes difieren por un año, es seguro considerarlo a finales de la década de 1960 [5].
En 1970, Intel lanzó una memoria de semiconductores con un precio de 1 centavo por bit. Fue la primera memoria de semiconductor que desafió seriamente a los núcleos magnéticos y, con el tiempo, los reemplazó en la memoria principal [7]. No obstante, ese producto no era del tipo de 1 componente de Dennard. Los chips de 4 kilobits que usaban ese diseño fueron fabricados por varias compañías a mediados de la década de 1970 [5].
4. Qué hace el sistema cuando falta memoria: usar el almacenamiento
Cuando falta memoria, el sistema operativo (OS) mueve parte de los datos a discos duros (HDD) y los vuelve a leer cuando se necesitan, lo que hace que se sienta lento. Normalmente, los datos que quieres usar están en la memoria auxiliar (HDD o SSD). Por lo general, los datos se cargan en la memoria principal (RAM) para procesarse cuando se van a usar [9]. La memoria auxiliar tiene gran capacidad, es lenta y conserva los datos aunque apagues el equipo.
La capacidad de la RAM es limitada. Cuando falta capacidad, el OS puede mover los datos menos usados a un archivo de paginación (archivo de intercambio) en el almacenamiento, como un HDD, para liberar espacio. Esta función, llamada memoria virtual, es más lenta que la memoria física, y cuanto más se usa, más nota el usuario la caída del rendimiento [8].
Esto se debe a que llevar y traer datos del almacenamiento tarda tiempo [8]. Se cree que tener más RAM hace que la experiencia sea más cómoda porque reduce estos traslados.
5. Cómo calcular en bits la capacidad de memoria de tu equipo
En la pantalla de configuración de tu computadora o teléfono, a veces aparece la capacidad de la memoria (RAM). Si dice "8 GB", multiplicar 1 GB por aproximadamente 8,000 millones de bits da unos 64,000 millones de bits. Esto difiere en un 7% de los 68,700 millones que usamos en este artículo para 8 GiB, debido a la diferencia entre contar en decimales y en binarios.
El lugar donde aparece la información varía según el modelo. Si no la encuentras, revisa el manual o el sitio del fabricante. Puedes buscar explicaciones en japonés usando términos como "refresco" o "memoria virtual".