Τι είναι η ανανέωση μνήμης;

Τόσο η SRAM όσο και η DRAM είναι μορφές ασταθούς μνήμης. Αυτό σημαίνει ότι χρειάζονται τροφοδοτικό για να διατηρήσουν τα δεδομένα που αποθηκεύουν. Μπορεί να έχετε ακούσει για τη διαγραφή δεδομένων από τη μνήμη RAM όταν ο υπολογιστής σας τερματίζεται, αλλά αυτό δεν είναι απολύτως αλήθεια. Τα δεδομένα δεν διαγράφονται ρητά. το φορτίο που υποδεικνύει ένα δυαδικό 1 ή 0 στα κελιά μνήμης διαφεύγει. Ενώ η μέθοδος διαφέρει, το αποτέλεσμα είναι το ίδιο. τα δεδομένα καθίστανται απρόσιτα.

Η διαδικασία διαφυγής της φόρτισης είναι απαραίτητη για τη μνήμη RAM. Είναι τόσο σημαντικό που είναι το διακριτικό χαρακτηριστικό μεταξύ SRAM και DRAM. Οι κυψέλες Στατικής Μνήμης Τυχαίας Πρόσβασης ( SRAM ) χρησιμοποιούν έξι τρανζίστορ συνδεδεμένα ως ζεύγος διασταυρούμενων μετατροπέων. Αυτή η δομή διατηρεί το φορτίο της επ' αόριστον όσο η κυψέλη μνήμης έχει τροφοδοτικό. Τα κύτταρα δυναμικής μνήμης τυχαίας πρόσβασης ( DRAM ) χρησιμοποιούν ένα μόνο τρανζίστορ που χάνει συνεχώς το φορτίο του και χρειάζεται τακτική ανανέωση.

Αυτή η διαφορά δομής προσφέρεται επίσης για τις διαφορές στη χρήση μεταξύ SRAM και DRAM. Η DRAM προσφέρει σημαντικά μεγαλύτερη πυκνότητα αποθήκευσης, αλλά απαιτεί πιο περίπλοκα κυκλώματα ανανέωσης, αν και αυτό το αποτέλεσμα δεν είναι αρκετό για να αντισταθμίσει το πλεονέκτημα πυκνότητας. Ωστόσο, η SRAM είναι ταχύτερη από τη DRAM. Στις κρυφές μνήμες επεξεργαστών, η SRAM χρησιμοποιείται σε μικρές ποσότητες, ενώ η DRAM παρέχει RAM συστήματος μεγάλου όγκου.

Η ανατομία μιας ανανέωσης

Για να κατανοήσετε πώς ανανεώνεται η DRAM, είναι χρήσιμο να γνωρίζετε πώς διαβάζεται. Τα δεδομένα DRAM διαβάζονται σε σειρές, ενώ μια ολόκληρη σειρά διαβάζεται ταυτόχρονα. Για να γίνει αυτό, χρεώνεται η γραμμή λέξεων μιας σειράς. Αυτό προκαλεί την εκφόρτιση της σειράς των κελιών μνήμης στις αντίστοιχες γραμμές bit. Οι συγκριτικές τάσεις των γραμμών bit τροφοδοτούνται σε ενισχυτές αίσθησης, οι οποίοι ενισχύουν τη φόρτιση στο ελάχιστο ή στο μέγιστο ανάλογα με την κατάσταση κάθε γραμμής bit.

Στη συνέχεια, οι ενισχυτές αίσθησης ανοίγουν και είναι διαθέσιμοι για ανάγνωση. Στη συνέχεια, τα δεδομένα διαβάζονται από κάθε καθορισμένη στήλη στον δίαυλο μνήμης που θα μεταφερθεί στη CPU. Μόλις διαβαστούν τα απαιτούμενα δεδομένα από τη σειρά, η γραμμή λέξεων της σειράς και οι ενισχυτές αίσθησης απενεργοποιούνται ενώ οι γραμμές bit επαναφορτίζονται.

Αν και αυτό είναι πολύ περίπλοκο, μπορεί να έχετε παρατηρήσει κάτι σημαντικό. Η διαδικασία ανάγνωσης αποφορτίζει τα κύτταρα της μνήμης. Με το κελί αποφορτισμένο, η εκ νέου ανάγνωση τους θα λάμβανε όλα τα 0 τα δεδομένα θα χαθούν. Η ανάγνωση της μνήμης DRAM είναι καταστροφική, αλλά τα δεδομένα παραμένουν στη μνήμη RAM όταν τη διαβάζετε. Υπάρχει ένα βήμα που λείπει που εξηγεί αυτήν την ασυμφωνία. Ενώ οι ενισχυτές αίσθησης είναι κλειδωμένοι, η κατάστασή τους τροφοδοτείται πίσω στα κελιά μνήμης από τα οποία διαβάζουν, διατηρώντας χαμηλά τα κελιά και φορτίζοντας υψηλές κυψέλες. Αυτό γίνεται αυτόματα σε κάθε λειτουργία ανάγνωσης και είναι μια λειτουργία ανανέωσης.

Η λειτουργία ανανέωσης λειτουργεί στην ίδια βάση, αλλά αντί να μεταφέρουν τα ζητούμενα δεδομένα στο δίαυλο μνήμης, οι ενισχυτές αίσθησης επαναφορτίζουν μόνο τα κελιά μνήμης πριν απενεργοποιηθούν ξανά.

Γιατί είναι απαραίτητη η ανανέωση;

Είναι εύκολο να καταλάβουμε γιατί είναι απαραίτητο να ανανεώσετε ένα κελί μνήμης μετά από μια καταστροφική λειτουργία ανάγνωσης. Είναι λιγότερο διαισθητικό γιατί χρειάζονται άλλες ανανεώσεις. Δυστυχώς, τα μικροσκοπικά τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση της φόρτισης κάθε στοιχείου δεν είναι τέλεια στο να διατηρούν ένα φορτίο. Απλώς διαρρέει. Αυτό συμβαίνει αρκετά γρήγορα. Το πρότυπο JEDEC για τα τρέχοντα πρότυπα μνήμης απαιτεί να ανανεώνονται όλες οι σειρές σε ένα τσιπ DRAM κάθε 64 ms.

Για να αποφευχθεί η απώλεια απόδοσης, η διαδικασία εκτελείται ευκαιριακά κάθε 64 ms ανανεώνοντας ολόκληρο το τσιπ DRAM σε μία παρτίδα. Οι σειρές που διαβάζονται έχουν ήδη ανανεωθεί, αλλά ενώ η DRAM βρίσκεται σε αδράνεια, οι μη αναγνωσμένες σειρές ανανεώνονται στο παρασκήνιο.

Η έρευνα έχει δείξει ότι τα κύτταρα DRAM μπορούν να διατηρήσουν τα δεδομένα τους για 10 δευτερόλεπτα χωρίς να ανανεωθούν. Ορισμένες στατιστικές ακραίες τιμές μπορούν ακόμη και να διατηρούν δεδομένα για έως και ένα λεπτό. Δυστυχώς, λαμβάνετε και ακραίες τιμές προς την άλλη κατεύθυνση που δεν μπορούν να κρατήσουν τη φόρτισή τους ούτε για ένα δευτερόλεπτο. Ένας πολύ συντηρητικός χρονοδιακόπτης κύκλου ανανέωσης επιλέγεται για να αποφευχθεί η απώλεια δεδομένων ή η καταστροφή. Ωστόσο, η σύγχρονη DRAM είναι αρκετά γρήγορη ώστε η ανανέωση κάθε 64 ms δεν συνεπάγεται σημαντική απώλεια απόδοσης.

Συμβουλή: Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η διατήρηση φόρτισης μπορεί να διαφέρει σημαντικά μεταξύ των κυψελών, ακόμη και σε ένα μόνο τσιπ DRAM. Περιστασιακά, οι καλές κυψέλες γίνονται ξαφνικά χειρότερες στο να συγκρατούν το φορτίο τους, επομένως δεν μπορείτε να επιλέξετε αξιόπιστα ούτε cherry-pick.

Η έρευνα έχει επίσης βρει ότι η θερμοκρασία παίζει σημαντικό ρόλο στον ρυθμό αποσύνθεσης φορτίου. Η φόρτιση άνω των 85 βαθμών Κελσίου μπορεί να αποσυντεθεί σημαντικά πιο γρήγορα, επομένως ο χρόνος του κύκλου ανανέωσης μειώνεται στο μισό. Αντίθετα, η ψυχρή DRAM μπορεί να διατηρήσει τη φόρτισή της περισσότερο. Αυτό είναι αρκετά γνωστό ότι οι επιθέσεις «ψυχρής εκκίνησης» μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προσπαθήσουν να ανακτήσουν δεδομένα που «χάθηκαν» κατά τον τερματισμό λειτουργίας από τη μνήμη RAM ψύχοντάς την.

συμπέρασμα

Τα κελιά DRAM χρειάζονται τακτική ανανέωση για μακροπρόθεσμη αποθήκευση δεδομένων για δύο λόγους. Πρώτον, η λειτουργία ανάγνωσης είναι καταστροφική. Δεύτερον, το φορτίο του τρανζίστορ εξασθενεί με την πάροδο του χρόνου. Για να αποφευχθεί η απώλεια δεδομένων, τα δεδομένα ανάγνωσης εγγράφονται στα ίδια κελιά μνήμης και τα κελιά που δεν έχουν αναγνωσθεί πρόσφατα ανανεώνονται τακτικά. Η διαδικασία ανανέωσης είναι γενικά απαραίτητη μόνο κάθε λίγα δευτερόλεπτα. Ωστόσο, όλες οι σειρές ανανεώνονται σε μια πολύ συντηρητική χρονική κλίμακα για να αποτραπεί η απώλεια δεδομένων από κελιά που είναι στατιστικά ακραία ως προς το πόσο γρήγορα μειώνεται η φόρτισή τους.

Θα ήταν δυνατή η μείωση της συχνότητας ανανέωσης με αισθητήρες θερμοκρασίας και τεχνολογίες συνειδητοποίησης διατήρησης. Αυτό θα συνεπαγόταν την προτίμηση της χρήσης κυψελών που είναι καλές στη συγκράτηση μιας φόρτισης. Κάτι τέτοιο θα αποφευχθούν, όπου είναι δυνατόν, οι στατιστικές ακραίες τιμές που απαιτούν μια τέτοια συντηρητική ρύθμιση. Ωστόσο, τέτοιες τεχνολογίες δεν χρησιμοποιούνται γενικά, καθώς προσθέτουν κόστος και πολυπλοκότητα για την επίλυση ενός προβλήματος με ελάχιστο αντίκτυπο στην απόδοση. Μοιραστείτε τις σκέψεις σας στα σχόλια παρακάτω.