Que é unha actualización de memoria?

Tanto SRAM como DRAM son formas de memoria volátil. Isto significa que necesitan unha fonte de alimentación para conservar os datos que almacenan. Quizais escoitou falar sobre a eliminación de datos da memoria RAM cando o ordenador se apaga, pero isto non é totalmente certo. Os datos non se eliminan explícitamente; escapa a carga que indica un 1 ou 0 binario nas celas de memoria. Aínda que o método é diferente, o efecto é o mesmo; os datos son inaccesibles.

O proceso de escapar da carga é esencial para a memoria RAM. É tan importante que é a característica distintiva entre SRAM e DRAM. As células de memoria de acceso aleatorio estático ( SRAM ) utilizan seis transistores conectados como un par de inversores cruzados. Esta estrutura mantén a súa carga indefinidamente mentres a célula de memoria teña unha fonte de alimentación. As celas de memoria dinámica de acceso aleatorio ( DRAM ) usan un único transistor que perde constantemente a súa carga e debe actualizarse regularmente.

Esta diferenza de estrutura tamén se presta ás diferenzas de uso entre SRAM e DRAM. A DRAM ofrece unha densidade de almacenamento significativamente maior, pero require un circuíto de actualización máis complicado, aínda que este efecto non é suficiente para compensar a vantaxe da densidade. Non obstante, a SRAM é máis rápida que a DRAM. Nas cachés do procesador, a SRAM úsase en pequenas cantidades, mentres que a DRAM proporciona RAM do sistema de gran volume.

A anatomía dun refresco

Para comprender como se actualiza a DRAM, é útil saber como se le. Os datos DRAM lense en filas, lendo unha fila enteira á vez. Para iso, cóbrase a liña de palabras dunha fila. Isto fai que a fila de celas de memoria se descargue nas súas respectivas liñas de bits. As tensións comparativas das liñas de bits son alimentadas a amplificadores de sentido, que amplifican a carga ao mínimo ou máximo dependendo do estado de cada liña de bits.

A continuación, os amplificadores de detección abren e están dispoñibles para ser lidos. Despois lense os datos de cada columna especificada ao bus de memoria para ser transferidos á CPU. Unha vez lidos os datos necesarios da fila, a liña de palabras da fila e os amplificadores de sentido apáganse mentres se precargan de novo as liñas de bits.

Aínda que isto é moi complexo, quizais teñas notado algo importante. O proceso de lectura descarga as células de memoria. Coa célula descargada, relelas conseguirían todos os 0 e perderíanse os datos. A lectura de DRAM é destrutiva, pero os datos quedan na súa memoria RAM cando o le. Falta un paso que explica esta discrepancia. Mentres os amplificadores sensoriais están enganchados, o seu estado revísase nas celas de memoria das que len, mantendo as baixas baixas e cargando as altas. Isto faise automaticamente en cada operación de lectura e é unha operación de actualización.

Unha operación de actualización funciona na mesma base, pero en lugar de transferir os datos solicitados ao bus de memoria, os amplificadores de detección só recargan as células de memoria antes de apagarse de novo.

Por que é necesaria unha actualización?

É doado entender por que é necesario actualizar unha cela de memoria despois dunha operación de lectura destrutiva. É menos intuitivo por que se necesitan outras actualizacións. Desafortunadamente, os pequenos transistores utilizados para manter a carga de cada cela non son perfectos para manter unha carga. Só se escapa. Isto ocorre bastante rápido. O estándar JEDEC para os estándares de memoria actuais require que todas as filas dun chip DRAM se actualicen cada 64 ms.

Para evitar a perda de rendemento, o proceso realízase de forma oportunista cada 64 ms actualizando todo o chip DRAM nun lote. As filas que se lien xa están actualizadas, pero mentres a DRAM está inactiva, as filas sen ler están a actualizarse en segundo plano.

A investigación demostrou que as células DRAM poden conservar os seus datos durante 10 segundos sen actualizarse. Algúns valores atípicos estatísticos poden incluso manter os datos ata un minuto. Desafortunadamente, tamén obtén valores atípicos na outra dirección que non poden manter a súa carga nin por un segundo. Escóllese un temporizador de ciclo de actualización moi conservador para evitar a perda ou a corrupción dos datos. Aínda así, a DRAM moderna é o suficientemente rápida como para que a actualización cada 64 ms non aplique unha perda de rendemento apreciable.

Consello: os investigadores descubriron que a retención de carga pode variar significativamente entre as células, mesmo nun só chip DRAM. Ás veces, as boas células de súpeto empeoran ao manter a súa carga, polo que tampouco podes escoller de forma fiable.

A investigación tamén descubriu que a temperatura xoga un papel importante na taxa de desintegración da carga. A carga superior a 85 graos centígrados pode diminuír moito máis rápido, polo que o tempo do ciclo de actualización redúcese á metade. Pola contra, a DRAM fría pode manter a súa carga máis tempo. Sábese o suficiente como para que os ataques de "arranque en frío" se poidan usar para tentar recuperar os datos "perdidos" ao apagar a memoria RAM arrefriándoa.

Conclusión

As celas DRAM necesitan unha actualización regular para almacenar datos a longo prazo por dous motivos. En primeiro lugar, a operación de lectura é destrutiva. En segundo lugar, a carga do transistor decae co paso do tempo. Para evitar a perda de datos, os datos lidos escriben de novo nas mesmas celas de memoria e as celas que non foron lidas recentemente refréxanse regularmente. O proceso de actualización xeralmente só é necesario cada poucos segundos. Non obstante, todas as filas actualízanse nunha escala de tempo moi conservadora para evitar a perda de datos das celas que son valores atípicos estatísticos sobre a rapidez coa que se reduce a carga.

Sería posible reducir a frecuencia con que se necesitan actualizacións con sensores de temperatura e tecnoloxías de concienciación sobre a retención. Isto implicaría preferir o uso de células que son boas para manter unha carga. Facelo evitaríase, sempre que sexa posible, os valores atípicos estatísticos que requiren un axuste tan conservador. Non obstante, estas tecnoloxías non se usan xeralmente, xa que engaden custo e complexidade para resolver un problema cun impacto mínimo no rendemento. Comparte os teus pensamentos nos comentarios a continuación.