¿Por qué los dispositivos computacionales necesitan memoria ram para funcionar correctamente?

Muchas otras respuestas que describen lo que hace RAM, pero no realmente por qué es necesario.

Una pista es cuando aprecia que un solo núcleo en una CPU x86 moderna necesita recibir bytes de código de máquina a más de 30 cada nanosegundo para funcionar a toda velocidad. Esa es una tasa de más de 30 GB / seg. Por lo tanto, una PC Core i5 / i7 con 4 núcleos en la CPU necesita leer el código a más de 120 GB / seg para aprovechar al máximo la CPU.

Ahora considere que las mejores PC pueden tener SSD que administran 3GB / seg, y la mayoría de las PC con SSD en la actualidad manejan más como 400MB / sec desde su SSD. ¿Ves el problema? Incluso los SSD más rápidos solo pueden suministrar datos a una décima parte de la velocidad que necesita un solo núcleo de CPU. Los SSD promedio funcionan más como la centésima de la velocidad necesaria, y los discos duros viejos y pobres pueden alcanzar el 300 de la velocidad si tienes suerte. Multiplique aún más estas relaciones para obtener múltiples núcleos. Hay una falta de coincidencia de velocidad similar con la lectura y escritura de datos desde la CPU, con acceso de datos que agrega aún más al requisito de rendimiento de memoria.

Afortunadamente, el código de máquina no solo se lee secuencialmente. ¡Los programas serían extremadamente grandes si ese fuera el caso! En cambio, el mismo código se ejecuta una y otra vez. Entonces, siempre que pueda cargar el código una vez en algún lugar que pueda leerse a la velocidad de la CPU, puede resolver el problema. Que en alguna parte es RAM.

Excepto que no lo es. Ya no más de todos modos. La RAM de PC más rápida en este momento es DDR4–2666. Esto se puede leer a 20 GB / seg. Pero esto es solo 2/3 de la velocidad necesaria para un solo núcleo de CPU, incluso antes de tener en cuenta el acceso a los datos. Afortunadamente, el RAM de mayor rendimiento en el mismo dado que la CPU se puede leer aún más rápido, y esto es lo que sucede. Las CPU tienen RAM incorporada, generalmente 4 MB por CPU, donde el código se carga nuevamente antes de que sea necesario, esta vez desde la RAM de la computadora. De hecho, no se detiene allí y hay más niveles de almacenamiento temporal para fines cada vez más especializados dentro de la CPU.

Esto se llama almacenamiento en caché. En cada nivel, se utiliza una cantidad menor de mayor rendimiento (y más costosa por byte) y una memoria más especializada para mejorar el rendimiento de acceso en el siguiente nivel inferior. La RAM de la computadora no es más que un nivel de caché, necesario para mejorar la velocidad en que el código y los datos se pueden leer (y escribir) en comparación con el rendimiento del disco de la computadora. Todo esto se basa en el hecho de que la misma cantidad relativamente pequeña de código (y datos) tiende a ser accedida repetidamente.

Edición: corrección: no permití la variante DDR4–2666 más rápida que admiten los procesadores Core i5 / i7 de gama alta

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