Kas ir atmiņas atsvaidzināšana?

Gan SRAM, gan DRAM ir gaistošas ​​atmiņas veidi. Tas nozīmē, ka viņiem ir nepieciešams barošanas avots, lai saglabātu saglabātos datus. Iespējams, esat dzirdējis par datu dzēšanu no RAM, kad dators izslēdzas, taču tā nav pilnīgi taisnība. Dati nav tieši dzēsti; lādiņš, kas norāda uz bināro 1 vai 0 atmiņas šūnās, izplūst. Lai gan metode atšķiras, efekts ir tāds pats; dati tiek padarīti nepieejami.

Maksas noņemšanas process ir būtisks RAM. Tas ir tik svarīgi, ka tā ir atšķirība starp SRAM un DRAM. Statiskās brīvpiekļuves atmiņas ( SRAM ) šūnās tiek izmantoti seši tranzistori, kas savienoti kā krusteniski savienotu invertoru pāris. Šī struktūra saglabā savu lādiņu bezgalīgi, kamēr atmiņas šūnai ir barošanas avots. Dinamiskās brīvpiekļuves atmiņas ( DRAM ) šūnas izmanto vienu tranzistoru, kas pastāvīgi zaudē uzlādi un ir regulāri jāatsvaidzina.

Šī struktūras atšķirība ir saistīta arī ar atšķirībām SRAM un DRAM lietošanā. DRAM piedāvā ievērojami lielāku uzglabāšanas blīvumu, taču tai ir nepieciešama sarežģītāka atsvaidzināšanas shēma, lai gan ar šo efektu nepietiek, lai kompensētu blīvuma priekšrocības. Tomēr SRAM ir ātrāks par DRAM. Procesora kešatmiņā SRAM tiek izmantots nelielos daudzumos, savukārt DRAM nodrošina liela apjoma sistēmas RAM.

Atsvaidzināšanas anatomija

Lai saprastu, kā tiek atsvaidzināta DRAM, ir noderīgi zināt, kā tā tiek nolasīta. DRAM dati tiek nolasīti rindās, vienlaikus nolasot visu rindu. Lai to izdarītu, tiek iekasēta rindas vārda rinda. Tas izraisa atmiņas šūnu rindas izlādēšanos uz to attiecīgajām bitu līnijām. Bitu līniju salīdzināmie spriegumi tiek ievadīti sensoru pastiprinātājos, kas pastiprina lādiņu līdz minimumam vai maksimumam atkarībā no katras bitu līnijas stāvokļa.

Pēc tam maņu pastiprinātāji tiek atvērti un ir pieejami nolasīšanai. Pēc tam dati tiek nolasīti no katras norādītās kolonnas atmiņas kopnē, lai pārsūtītu uz centrālo procesoru. Kad no rindas ir nolasīti nepieciešamie dati, rindas vārdu rindiņa un sajūtu pastiprinātāji tiek izslēgti, kamēr bitu līnijas tiek atkārtoti uzlādētas.

Lai gan tas ir ļoti sarežģīti, jūs, iespējams, pamanījāt kaut ko svarīgu. Lasīšanas process izlādē atmiņas šūnas. Kad šūna ir izlādēta, tos atkārtoti lasot, tiktu iegūti visi 0, dati tiktu zaudēti. DRAM lasīšana ir destruktīva, taču dati paliek jūsu RAM atmiņā, kad tos lasāt. Trūkst soļa, kas izskaidro šo neatbilstību. Kamēr sensoru pastiprinātāji ir nofiksēti, to stāvoklis tiek ievadīts atpakaļ atmiņas šūnās, no kurām tie lasa, saglabājot zemu šūnu skaitu un uzlādējot augstas šūnas. Tas tiek darīts automātiski katrā lasīšanas darbībā un ir atsvaidzināšanas darbība.

Atsvaidzināšanas darbība darbojas uz tā paša pamata, taču tā vietā, lai pārsūtītu pieprasītos datus uz atmiņas kopni, sensoru pastiprinātāji tikai uzlādē atmiņas šūnas pirms atkārtotas izslēgšanas.

Kāpēc ir nepieciešama atsvaidzināšana?

Ir viegli saprast, kāpēc ir nepieciešams atsvaidzināt atmiņas šūnu pēc destruktīvas lasīšanas darbības. Tas ir mazāk intuitīvi, kāpēc ir nepieciešami citi atsvaidzinājumi. Diemžēl mazie tranzistori, ko izmanto, lai uzturētu katras šūnas uzlādi, nav ideāli lādiņa saglabāšanai. Tas vienkārši izplūst. Tas notiek diezgan ātri. JEDEC standarts pašreizējiem atmiņas standartiem nosaka, ka visas DRAM mikroshēmas rindas ir jāatsvaidzina ik pēc 64 ms.

Lai novērstu veiktspējas zudumu, process tiek veikts oportūnistiski ik pēc 64 ms, atsvaidzinot visu DRAM mikroshēmu vienā partijā. Nolasītās rindas jau ir atsvaidzinātas, bet, kamēr DRAM ir dīkstāvē, nelasītās rindas tiek atsvaidzinātas fonā.

Pētījumi liecina, ka DRAM šūnas var saglabāt savus datus 10 sekundes bez atsvaidzināšanas. Dažas statistikas novirzes var pat saglabāt datus pat minūti. Diemžēl jūs saņemat arī novirzes citā virzienā, kas nevar noturēt savu lādiņu pat uz sekundi. Lai izvairītos no datu zuduma vai sabojāšanas, ir izvēlēts ļoti konservatīvs atsvaidzināšanas cikla taimeris. Tomēr mūsdienu DRAM ir pietiekami ātrs, lai atsvaidzināšana ik pēc 64 ms neradītu ievērojamus veiktspējas zudumus.

Padoms. Pētnieki ir atklājuši, ka lādiņu saglabāšana dažādās šūnās var ievērojami atšķirties pat vienā DRAM mikroshēmā. Reizēm labās šūnas pēkšņi kļūst sliktāk noturīgas, tāpēc arī jūs nevarat droši izvēlēties.

Pētījumi arī atklāja, ka temperatūrai ir nozīmīga loma lādiņa samazināšanās ātrumā. Uzlāde virs 85 grādiem pēc Celsija var ievērojami ātrāk samazināties, tāpēc atsvaidzināšanas cikla laiks tiek samazināts uz pusi. Un otrādi, aukstā DRAM var uzturēt savu uzlādi ilgāk. Tas ir pietiekami zināms, ka “aukstās sāknēšanas” uzbrukumus var izmantot, lai mēģinātu atgūt datus, kas “pazaudēti”, izslēdzot RAM, to atdzesējot.

Secinājums

DRAM šūnas ir regulāri jāatsvaidzina, lai saglabātu datus ilgtermiņā divu iemeslu dēļ. Pirmkārt, lasīšanas darbība ir destruktīva. Otrkārt, tranzistora lādiņš laika gaitā samazinās. Lai novērstu datu zudumu, nolasītie dati tiek ierakstīti atpakaļ tajās pašās atmiņas šūnās, un šūnas, kas nesen nav lasītas, tiek regulāri atsvaidzinātas. Atsvaidzināšanas process parasti ir nepieciešams tikai ik pēc dažām sekundēm. Tomēr visas rindas tiek atsvaidzinātas ļoti konservatīvā laika skalā, lai novērstu datu zudumu no šūnām, kas statistiski atšķiras no to uzlādes samazināšanās ātruma.

Būtu iespējams samazināt atsvaidzināšanas biežumu, izmantojot temperatūras sensorus un saglabāšanas izpratnes tehnoloģijas. Tas nozīmētu, ka priekšroka jādod elementiem, kas labi notur lādiņu. Šādi rīkojoties, pēc iespējas izvairītos no statistiskām novirzēm, kurām nepieciešama šāda konservatīva regulēšana. Tomēr šādas tehnoloģijas parasti neizmanto, jo tās palielina izmaksas un sarežģītību, lai atrisinātu problēmu ar minimālu ietekmi uz veiktspēju. Dalieties savās domās tālāk sniegtajos komentāros.