Какво е опресняване на паметта?

И SRAM, и DRAM са форми на летлива памет. Това означава, че те се нуждаят от захранване, за да запазят данните, които съхраняват. Може би сте чували за изтриване на данни от RAM, когато компютърът ви се изключи, но това не е съвсем вярно. Данните не се изтриват изрично; зарядът, който показва двоично число 1 или 0 в клетките на паметта, изчезва. Докато методът е различен, ефектът е същият; данните се правят недостъпни.

Процесът на освобождаване от заряда е от съществено значение за RAM. Толкова е важно, че е отличителната характеристика между SRAM и DRAM. Клетките на статичната памет с произволен достъп ( SRAM ) използват шест транзистора, свързани като двойка кръстосано свързани инвертори. Тази структура поддържа своя заряд за неопределено време, докато клетката с памет има захранване. Клетките с динамична памет с произволен достъп ( DRAM ) използват един транзистор, който постоянно губи заряда си и трябва редовно да се обновява.

Тази структурна разлика също се поддава на разликите в употребата между SRAM и DRAM. DRAM предлага значително по-голяма плътност на съхранение, но изисква по-сложна схема за опресняване, въпреки че този ефект не е достатъчен, за да компенсира предимството на плътността. SRAM обаче е по-бърз от DRAM. В кеш паметта на процесора SRAM се използва в малки количества, докато DRAM осигурява системна RAM с голям обем.

Анатомията на опресняването

За да разберете как се обновява DRAM, е полезно да знаете как се чете. DRAM данните се четат на редове, като цял ред се чете наведнъж. За да направите това, редът с думи се таксува. Това кара реда от клетки на паметта да се разреди до съответните им битови линии. Сравнителните напрежения на битовите линии се подават в сензорни усилватели, които усилват заряда до минимум или максимум в зависимост от състоянието на всяка битова линия.

След това сензорните усилватели се затварят и са достъпни за четене. След това данните се четат от всяка определена колона в шината на паметта, за да бъдат прехвърлени към процесора. След като необходимите данни бъдат прочетени от реда, линията с думи на реда и сензорните усилватели се изключват, докато битовите линии се зареждат отново.

Въпреки че това е много сложно, може да сте забелязали нещо важно. Процесът на четене разрежда клетките на паметта. Когато клетката е разредена, препрочитането им би получило всички 0 и данните ще бъдат загубени. Четенето на DRAM е разрушително, но данните остават във вашата RAM, когато ги четете. Има липсваща стъпка, която обяснява това несъответствие. Докато сензорните усилватели са заключени, тяхното състояние се подава обратно в клетките на паметта, от които те четат, поддържайки ниски клетки ниски и зареждайки високи клетки. Това се прави автоматично при всяка операция за четене и е операция за опресняване.

Операцията за опресняване работи на същата основа, но вместо да прехвърлят исканите данни към шината на паметта, сензорните усилватели само презареждат клетките на паметта, преди да се изключат отново.

Защо е необходимо опресняване?

Лесно е да се разбере защо е необходимо да се обнови клетка от паметта след разрушителна операция за четене. По-малко интуитивно е защо са необходими други опреснявания. За съжаление, малките транзистори, използвани за поддържане на заряда на всяка клетка, не са перфектни за задържане на заряд. Просто изтича. Това става доста бързо. Стандартът JEDEC за настоящите стандарти за памет изисква всички редове в DRAM чипа да се обновяват на всеки 64 ms.

За да се предотврати загуба на производителност, процесът се изпълнява случайно на всеки 64 ms, обновявайки целия DRAM чип в една партида. Прочетените редове вече са опреснени, но докато DRAM не работи, непрочетените редове се опресняват на заден план.

Изследванията показват, че DRAM клетките могат да запазят данните си за 10 секунди, без да бъдат опреснявани. Някои статистически отклонения могат дори да поддържат данни до минута. За съжаление получавате и отклонения в другата посока, които не могат да задържат заряда си дори за секунда. Избира се много консервативен таймер за цикъл на опресняване, за да се избегне загуба или повреда на данни. Все пак съвременната DRAM е достатъчно бърза, така че опресняването на всеки 64 ms да не води до значителна загуба на производителност.

Съвет: Изследователите са открили, че задържането на заряд може да варира значително между клетките, дори в единичен DRAM чип. Понякога добрите клетки внезапно стават по-лоши в задържането на заряда си, така че и вие не можете надеждно да избирате.

Изследванията също така установиха, че температурата играе значителна роля в скоростта на разпадане на заряда. Зарядът над 85 градуса по Целзий може да се разпадне значително по-бързо, така че времето за цикъл на опресняване е наполовина. Обратно, студената DRAM може да поддържа заряда си по-дълго. Това е достатъчно известно, че атаките „студено стартиране“ могат да се използват за опит за възстановяване на данни, „изгубени“ при изключване от RAM чрез охлаждане.

Заключение

DRAM клетките се нуждаят от редовно опресняване, за да съхраняват данни в дългосрочен план по две причини. Първо, операцията за четене е разрушителна. Второ, зарядът на транзистора намалява с времето. За да се предотврати загуба на данни, прочетените данни се записват обратно в същите клетки на паметта, а клетките, които не са били прочетени наскоро, се опресняват редовно. Процесът на опресняване обикновено е необходим само на всеки няколко секунди. Въпреки това, всички редове се опресняват в много консервативна времева скала, за да се предотврати загуба на данни от клетки, които са статистически отклонения в това колко бързо се разпада зарядът им.

Намаляването на честотата на необходимост от опресняване с температурни сензори и технологии за информираност за задържане би било възможно. Това би включвало предпочитане на използването на клетки, които са добри в задържането на заряд. Това ще избегне, където е възможно, статистическите отклонения, които изискват такава консервативна настройка. Такива технологии обаче не се използват обикновено, тъй като добавят разходи и сложност за разрешаване на проблем с минимално въздействие върху производителността. Споделете мислите си в коментарите по-долу.