Hvað er endurnýjun minni?

Bæði SRAM og DRAM eru gerðir af rokgjörnu minni. Þetta þýðir að þeir þurfa aflgjafa til að halda gögnunum sem þeir geyma. Þú gætir hafa heyrt um að gögnum sé eytt úr vinnsluminni þegar tölvan þín slekkur á sér, en þetta er ekki alveg satt. Gögnin eru ekki beinlínis eytt; hleðslan sem gefur til kynna tvöfaldan 1 eða 0 í minnisfrumunum sleppur. Þó að aðferðin sé ólík eru áhrifin þau sömu; gögnin eru gerð óaðgengileg.

Ferlið við að sleppa hleðslunni er nauðsynlegt fyrir vinnsluminni. Það er svo mikilvægt að það sé greinarmunurinn á milli SRAM og DRAM. Static Random Access Memory ( SRAM ) frumur nota sex smára sem eru tengdir sem par af krosstengdum invertara. Þessi uppbygging heldur hleðslu sinni endalaust svo lengi sem minnisklefinn er með aflgjafa. Dynamic Random Access Memory ( DRAM ) frumur nota einn smári sem missir stöðugt hleðslu sína og þarf að endurnýja hann reglulega.

Þessi uppbyggingarmunur lýsir sér einnig fyrir mismuninn á notkun á SRAM og DRAM. DRAM býður upp á verulega meiri geymsluþéttleika en krefst flóknari endurnýjunarrásar, þó þessi áhrif séu ekki nóg til að vega upp á móti þéttleikaforskotinu. SRAM er hins vegar hraðari en DRAM. Í skyndiminni örgjörva er SRAM notað í litlu magni en DRAM veitir mikið magn kerfisvinnsluminni.

Líffærafræði endurnýjunar

Til að skilja hvernig DRAM er endurnýjað er gagnlegt að vita hvernig það er lesið. DRAM gögn eru lesin í röðum, þar sem heil röð er lesin í einu. Til að gera það er orðlína raðar gjaldfærð. Þetta veldur því að röð minnisfrumna tæmist í viðkomandi bitalínur. Samanburðarspennur bitalínanna eru færðar inn í skynmagnara, sem magna hleðsluna í lágmark eða hámark eftir ástandi hverrar bitlínu.

Skynmagnarnir opnast síðan og hægt er að lesa þá. Gögn eru síðan lesin úr hverjum tilgreindum dálki inn í minnisrútuna til að flytja til CPU. Þegar tilskilin gögn hafa verið lesin úr röðinni er slökkt á orðlínu raðarinnar og skynmagnurum á meðan bitalínurnar eru forhlaðnar aftur.

Þó að þetta sé mjög flókið, gætir þú hafa tekið eftir einhverju mikilvægu. Lestrarferlið tæmir minnisfrumurnar. Þegar fruman er tæmd myndi endurlestur þeirra fá allar 0-tölurnar sem gögnin myndu glatast. Að lesa DRAM er eyðileggjandi, en gögnin verða áfram í vinnsluminni þegar þú lest þau. Það vantar skref sem skýrir þetta misræmi. Á meðan skynmagnararnir eru læstir er ástand þeirra fært aftur inn í minnisfrumurnar sem þeir lesa úr, halda lágum frumum lágum og hlaða háar frumur. Þetta er gert sjálfkrafa við hverja lestraraðgerð og er endurnýjunaraðgerð.

Refresh aðgerð virkar á sama grunni, en í stað þess að flytja umbeðin gögn yfir á minnisbus, hlaða skynjunarmagnarnir aðeins minnissellurnar áður en þeir slökkva á sér aftur.

Af hverju er endurnýjun nauðsynleg?

Það er auðvelt að skilja hvers vegna það er nauðsynlegt að endurnýja minnisklefa eftir eyðileggjandi lestraraðgerð. Það er minna innsæi hvers vegna þörf er á öðrum endurnýjun. Því miður eru örsmáir smára sem notaðir eru til að viðhalda hleðslu hverrar frumu ekki fullkomnir til að halda hleðslu. Það lekur bara í burtu. Þetta gerist frekar fljótt. JEDEC staðallinn fyrir núverandi minnisstaðla krefst þess að allar línur í DRAM flís séu endurnýjaðar á 64 ms fresti.

Til að koma í veg fyrir tap á afköstum er ferlið framkvæmt á 64 ms fresti og endurnærir alla DRAM flöguna í einni lotu. Línur sem eru lesnar eru þegar endurnýjaðar, en á meðan DRAM er aðgerðalaus er verið að endurnýja ólesnar raðir í bakgrunni.

Rannsóknir hafa sýnt að DRAM frumur geta haldið gögnum sínum í 10 sekúndur án þess að vera endurnýjuð. Sumar tölfræðilegar útlínur geta jafnvel viðhaldið gögnum í allt að eina mínútu. Því miður færðu líka útlínur í hina áttina sem geta ekki haldið hleðslu sinni jafnvel í eina sekúndu. Mjög íhaldssamur endurnýjunartímamælir er valinn til að forðast gagnatap eða spillingu. Samt sem áður er nútíma DRAM nógu hratt til að endurnýjun á 64 ms fresti veldur ekki verulegu tapi á afköstum.

Ábending: Vísindamenn hafa komist að því að hleðsluhald getur verið verulega breytilegt milli frumna, jafnvel í einni DRAM flís. Einstaka sinnum verða góðar frumur skyndilega verri í að halda hleðslu sinni, svo þú getur ekki valið kirsuber á áreiðanlegan hátt heldur.

Rannsóknir hafa einnig komist að því að hitastig gegnir mikilvægu hlutverki í hraða hleðslunnar. Hleðsla fyrir ofan 85 gráður á Celsíus getur rofnað verulega hraðar, þannig að endurnýjunartíminn minnkar um helming. Aftur á móti getur kalt DRAM haldið hleðslu sinni lengur. Þetta er nógu þekkt til að hægt er að nota „kalda ræsingu“ árásir til að reyna að endurheimta gögn sem „týndust“ við lokun úr vinnsluminni með því að kæla það.

Niðurstaða

DRAM frumur þurfa reglulega endurnýjun til að geyma gögn til langs tíma af tveimur ástæðum. Í fyrsta lagi er lestraraðgerðin eyðileggjandi. Í öðru lagi eyðist hleðsla smára með tímanum. Til að koma í veg fyrir tap á gögnum eru lesin gögn skrifuð til baka í sömu minnisfrumur og hólf sem ekki hafa verið lesin nýlega eru endurnýjuð reglulega. Endurnýjunarferlið er yfirleitt aðeins nauðsynlegt á nokkurra sekúndna fresti. Hins vegar eru allar línur endurnýjaðar á mjög íhaldssömum tímakvarða til að koma í veg fyrir gagnatap úr frumum sem eru tölfræðilegar útlínur í því hversu hratt hleðsla þeirra hrynur.

Mögulegt væri að draga úr því hversu oft þörf er á endurnýjun með hitaskynjara og varðveisluvitundartækni. Þetta myndi fela í sér að kjósa frekar að nota frumur sem eru góðar í að halda hleðslu. Með því að gera það myndi forðast, þar sem hægt er, tölfræðilegar útlínur sem krefjast slíkrar íhaldssamrar stillingar. Hins vegar er slík tækni almennt ekki notuð, þar sem hún bætir við kostnaði og flækjum til að leysa vandamál með lágmarksáhrifum á frammistöðu. Deildu hugsunum þínum í athugasemdunum hér að neðan.