Kas yra atminties atnaujinimas?

Tiek SRAM, tiek DRAM yra nepastovios atminties formos. Tai reiškia, kad jiems reikia maitinimo šaltinio, kad išlaikytų saugomus duomenis. Galbūt girdėjote apie tai, kad iš RAM ištrinami duomenys, kai kompiuteris išsijungia, tačiau tai nėra visiškai tiesa. Duomenys nėra aiškiai ištrinti; krūvis, nurodantis dvejetainį 1 arba 0 atminties ląstelėse, pabėga. Nors metodas skiriasi, poveikis yra toks pat; duomenys tampa neprieinami.

Pabėgimo nuo įkrovimo procesas yra būtinas RAM. Tai labai svarbu, kad tai būtų skiriamasis SRAM ir DRAM bruožas. Statinės laisvosios prieigos atminties ( SRAM ) ląstelėse naudojami šeši tranzistoriai, sujungti kaip kryžmiškai sujungtų keitiklių pora. Ši struktūra išlaiko savo įkrovą neribotą laiką, kol atminties elementas turi maitinimo šaltinį. Dinaminės laisvosios prieigos atminties ( DRAM ) ląstelėse naudojamas vienas tranzistorius, kuris nuolat praranda įkrovą ir turi būti reguliariai atnaujinamas.

Šis struktūros skirtumas taip pat lemia skirtumus tarp SRAM ir DRAM. DRAM suteikia žymiai didesnį atminties tankį, tačiau reikalauja sudėtingesnės atnaujinimo grandinės, nors šio efekto nepakanka tankio pranašumui kompensuoti. Tačiau SRAM yra greitesnė nei DRAM. Procesoriaus talpyklose SRAM naudojama nedideliais kiekiais, o DRAM suteikia didelės apimties sistemos RAM.

Atgaivinimo anatomija

Norint suprasti, kaip atnaujinama DRAM, naudinga žinoti, kaip ji nuskaitoma. DRAM duomenys nuskaitomi eilėmis, iš karto nuskaitant visą eilutę. Norėdami tai padaryti, apmokestinama eilutės žodžio eilutė. Dėl to atminties ląstelių eilutė išsikrauna į atitinkamas bitų linijas. Bitų linijų lyginamoji įtampa tiekiama į jutimo stiprintuvus, kurie, priklausomai nuo kiekvienos bitų linijos būsenos, padidina įkrovą iki minimumo arba maksimumo.

Tada jutimo stiprintuvai atsidaro ir yra prieinami skaitymui. Tada duomenys iš kiekvieno nurodyto stulpelio nuskaitomi į atminties magistralę, kad būtų perkeliami į centrinį procesorių. Kai iš eilutės nuskaitomi reikalingi duomenys, eilutės žodžių eilutė ir jutimo stiprintuvai išjungiami, o bitų linijos vėl įkraunamos.

Nors tai labai sudėtinga, galbūt pastebėjote ką nors svarbaus. Skaitymo procesas iškrauna atminties ląsteles. Kai ląstelė išsikrauna, perskaičius juos iš naujo gautų 0, duomenys būtų prarasti. Skaityti DRAM yra žalinga, bet duomenys lieka jūsų RAM, kai juos skaitote. Trūksta žingsnio, paaiškinančio šį neatitikimą. Kol jutimo stiprintuvai yra užfiksuoti, jų būsena grąžinama į atminties ląsteles, iš kurių jie skaito, išlaikant žemą elementų skaičių ir įkraunant aukštus elementus. Tai atliekama automatiškai atliekant kiekvieną skaitymo operaciją ir yra atnaujinimo operacija.

Atnaujinimo operacija veikia tuo pačiu pagrindu, tačiau užuot perdavusi prašomus duomenis į atminties magistralę, jutimo stiprintuvai tik įkrauna atminties elementus prieš vėl išsijungiant.

Kodėl reikalingas atnaujinimas?

Nesunku suprasti, kodėl po destruktyvios nuskaitymo operacijos reikia atnaujinti atminties langelį. Mažiau intuityvu, kodėl reikalingi kiti atnaujinimai. Deja, mažyčiai tranzistoriai, naudojami kiekvienos ląstelės įkrovimui palaikyti, nėra tobuli, kad išlaikytų įkrovą. Jis tiesiog nuteka. Tai nutinka gana greitai. JEDEC standartas dabartiniams atminties standartams reikalauja, kad visos DRAM lusto eilutės būtų atnaujinamos kas 64 ms.

Siekiant išvengti našumo praradimo, procesas atliekamas oportunistiškai kas 64 ms, atnaujinant visą DRAM lustą vienoje partijoje. Skaitomos eilutės jau atnaujinamos, bet kol DRAM neveikia, neskaitytos eilutės atnaujinamos fone.

Tyrimai parodė, kad DRAM ląstelės gali išsaugoti savo duomenis 10 sekundžių neatnaujindamos. Kai kurie statistiniai nukrypimai gali išlaikyti duomenis net iki minutės. Deja, jūs taip pat gaunate nuokrypių kita kryptimi, kurie negali išlaikyti savo krūvio net sekundę. Siekiant išvengti duomenų praradimo ar sugadinimo, pasirenkamas labai konservatyvus atnaujinimo ciklo laikmatis. Vis dėlto šiuolaikinė DRAM yra pakankamai greita, kad atnaujinant kas 64 ms našumas nepablogėja.

Patarimas: mokslininkai išsiaiškino, kad įkrovos sulaikymas tarp ląstelių gali labai skirtis, net ir vienoje DRAM mikroschemoje. Kartais geros ląstelės staiga blogiau išlaiko savo krūvį, todėl jūs taip pat negalite patikimai pasirinkti.

Tyrimai taip pat parodė, kad temperatūra vaidina svarbų vaidmenį įkrovos nykimo greičiui. Aukštesnėje nei 85 laipsnių Celsijaus temperatūroje įkrovimas gali sunykti žymiai greičiau, todėl atnaujinimo ciklo laikas sutrumpėja perpus. Priešingai, šalta DRAM gali išlaikyti įkrovą ilgiau. Tai pakankamai žinoma, kad „šaltojo įkrovos“ atakos gali būti naudojamos bandant atkurti duomenis, „prarastus“ išjungus iš RAM, ją aušinant.

Išvada

DRAM ląstelės turi būti reguliariai atnaujinamos, kad duomenys būtų saugomi ilgą laiką dėl dviejų priežasčių. Pirma, skaitymo operacija yra žalinga. Antra, laikui bėgant tranzistoriaus įkrova mažėja. Siekiant išvengti duomenų praradimo, nuskaityti duomenys įrašomi atgal į tas pačias atminties ląsteles, o ląstelės, kurios neseniai nebuvo perskaitytos, yra reguliariai atnaujinamos. Atnaujinimo procesas paprastai reikalingas tik kas kelias sekundes. Tačiau visos eilutės atnaujinamos pagal labai konservatyvų laiko skalę, kad būtų išvengta duomenų praradimo iš ląstelių, kurios statistiškai skiriasi nuo įkrovos mažėjimo greičio.

Galima būtų sumažinti atnaujinimo dažnumą naudojant temperatūros jutiklius ir saugojimo suvokimo technologijas. Tai reikštų, kad pirmenybė teikiama elementams, kurie gerai išlaiko krūvį. Taip būtų išvengta, jei įmanoma, statistinių nuokrypių, dėl kurių reikia tokio konservatyvaus derinimo. Tačiau tokios technologijos paprastai nenaudojamos, nes jos padidina sąnaudas ir sudėtingumą, kad būtų išspręsta problema su minimaliu našumo poveikiu. Pasidalykite savo mintimis toliau pateiktuose komentaruose.