Mis on mälu värskendamine?

Nii SRAM kui ka DRAM on muutliku mälu vormid. See tähendab, et nad vajavad salvestatud andmete säilitamiseks toiteallikat. Võib-olla olete kuulnud andmete kustutamisest RAM-ist, kui arvuti välja lülitub, kuid see pole täiesti tõsi. Andmeid ei kustutata selgesõnaliselt; laeng, mis näitab mälurakkudes binaarset 1 või 0, põgeneb. Kuigi meetod on erinev, on mõju sama; andmed muudetakse kättesaamatuks.

Laadimisest vabanemise protsess on RAM-i jaoks hädavajalik. See on nii oluline, et see eristab SRAM-i ja DRAM-i. Staatilise muutmälu ( SRAM ) rakud kasutavad kuut transistorit, mis on ühendatud ristsidestatud inverterite paarina. See struktuur säilitab oma laengu lõputult, kuni mäluelemendil on toiteallikas. Dünaamilise muutmälu ( DRAM ) rakud kasutavad ühte transistori, mis kaotab pidevalt oma laengu ja vajab korrapärast värskendamist.

See struktuurierinevus põhjustab ka erinevusi SRAM-i ja DRAM-i kasutuses. DRAM pakub oluliselt suuremat salvestustihedust, kuid nõuab keerukamat värskenduslülitust, kuigi sellest efektist ei piisa tiheduseeelise kompenseerimiseks. SRAM on aga kiirem kui DRAM. Protsessori vahemäludes kasutatakse SRAM-i väikestes kogustes, samas kui DRAM pakub suure mahuga süsteemi RAM-i.

Värskendamise anatoomia

Et mõista, kuidas DRAM-i värskendatakse, on kasulik teada, kuidas seda loetakse. DRAM-i andmeid loetakse ridade kaupa, korraga loetakse terve rida. Selleks võetakse rea sõnarida tasu. See põhjustab mälurakkude rea tühjenemise vastavatele bitiridadele. Bitiliinide võrdluspinged suunatakse sensorvõimenditesse, mis võimendavad laengut olenevalt iga bitiliini olekust miinimumini või maksimumini.

Sensoorsed võimendid lukustuvad seejärel ja on lugemiseks saadaval. Seejärel loetakse andmed igast määratud veerust mälusiini, et need CPU-sse üle kanda. Kui reast on vajalikud andmed loetud, lülitatakse rea sõnarida ja tundevõimendid välja, samal ajal kui bitiread uuesti eellaaditakse.

Kuigi see on väga keeruline, olete võib-olla märganud midagi olulist. Lugemisprotsess tühjendab mälurakud. Kui lahter on tühjenenud, saaks nende uuesti lugemisel kõik 0-d, andmed lähevad kaotsi. DRAM-i lugemine on hävitav, kuid andmed jäävad lugemisel teie RAM-i. Puuduv samm selgitab seda lahknevust. Kui sensorvõimendid on lukustatud, suunatakse nende olek tagasi mälurakkudesse, millest nad loevad, hoides madalaid rakke madalal ja laadides kõrgeid rakke. Seda tehakse automaatselt igal lugemistoimingul ja see on värskendustoiming.

Värskendusoperatsioon toimib samadel alustel, kuid selle asemel, et mälusiini edastada nõutud andmed, laadivad sensatsioonivõimendid ainult mäluelemente enne uuesti väljalülitamist.

Miks on värskendamine vajalik?

On lihtne mõista, miks on vaja mäluelementi pärast hävitavat lugemisoperatsiooni värskendada. See on vähem intuitiivne, miks on vaja muid värskendusi. Kahjuks pole iga elemendi laengu säilitamiseks kasutatavad väikesed transistorid laengu säilitamiseks täiuslikud. See lihtsalt lekib minema. See juhtub üsna kiiresti. Praeguste mälustandardite JEDEC-standard nõuab, et DRAM-kiibi kõiki ridu värskendataks iga 64 ms järel.

Jõudluse kadumise vältimiseks viiakse protsess läbi oportunistlikult iga 64 ms järel, värskendades kogu DRAM-kiipi ühes partiis. Loetud ridu on juba värskendatud, kuid DRAM-i jõudeoleku ajal värskendatakse taustal lugemata ridu.

Uuringud on näidanud, et DRAM-i rakud suudavad oma andmeid säilitada 10 sekundit ilma neid värskendamata. Mõned statistilised kõrvalekalded võivad andmeid säilitada isegi kuni minuti. Kahjuks saate ka teises suunas kõrvalekaldeid, mis ei suuda hetkekski oma laengut hoida. Andmete kadumise või riknemise vältimiseks valitakse väga konservatiivne värskendustsükli taimer. Sellegipoolest on kaasaegne DRAM piisavalt kiire, et iga 64 ms järel värskendamine ei too kaasa märkimisväärset jõudluse vähenemist.

Näpunäide: teadlased on avastanud, et laengu säilitamine võib rakkude vahel oluliselt erineda, isegi ühe DRAM-kiibi puhul. Mõnikord muutuvad head rakud oma laengu hoidmisel ootamatult halvemaks, nii et ka te ei saa usaldusväärselt valida.

Uuringud on samuti leidnud, et temperatuur mängib olulist rolli laengu vähenemise kiiruses. Üle 85 kraadi Celsiuse järgi võib laeng oluliselt kiiremini laguneda, seega lüheneb värskendustsükli aeg poole võrra. Seevastu külm DRAM suudab oma laetust kauem säilitada. See on piisavalt teada, et "külma alglaadimise" rünnakuid saab kasutada RAM-i väljalülitamisel "kadunud" andmete taastamiseks, jahutades seda.

Järeldus

DRAM-i rakud vajavad andmete pikaajaliseks salvestamiseks regulaarset värskendamist kahel põhjusel. Esiteks on lugemisoperatsioon hävitav. Teiseks, transistori laeng aja jooksul väheneb. Andmete kadumise vältimiseks kirjutatakse loetud andmed tagasi samadesse mälurakkudesse ja lahtreid, mida pole hiljuti loetud, värskendatakse regulaarselt. Värskendusprotsess on üldiselt vajalik vaid iga paari sekundi järel. Kõiki ridu värskendatakse aga väga konservatiivsel ajaskaalal, et vältida andmete kadumist rakkudest, mis on statistiliselt kõrvalekalded nende laengu vähenemise kiiruses.

Värskenduste sageduse vähendamine oleks võimalik temperatuuriandurite ja säilivust tõstvate tehnoloogiate abil. See eeldaks selliste elementide eelistamist, mis hoiavad hästi laengut. See väldiks võimaluse korral statistilisi kõrvalekaldeid, mis nõuavad sellist konservatiivset häälestamist. Selliseid tehnoloogiaid aga üldiselt ei kasutata, kuna need lisavad kulusid ja keerukust probleemi lahendamiseks minimaalse mõjuga jõudlusele. Jagage oma mõtteid allolevates kommentaarides.