Kaj je osvežitev spomina?

Tako SRAM kot DRAM sta obliki hlapnega pomnilnika. To pomeni, da potrebujejo napajanje za shranjevanje podatkov, ki jih hranijo. Morda ste že slišali, da se podatki izbrišejo iz RAM-a, ko se računalnik izklopi, vendar to ni povsem res. Podatki niso izrecno izbrisani; naboj, ki označuje binarno 1 ali 0 v pomnilniških celicah, uide. Čeprav se metoda razlikuje, je učinek enak; podatki postanejo nedostopni.

Postopek umika polnjenju je bistvenega pomena za RAM. Tako pomembno je, da je razlika med SRAM in DRAM. Celice statičnega pomnilnika z naključnim dostopom ( SRAM ) uporabljajo šest tranzistorjev, povezanih kot par navzkrižno sklopljenih pretvornikov. Ta struktura ohranja svoj naboj za nedoločen čas, dokler ima pomnilniška celica napajanje. Celice dinamičnega pomnilnika z naključnim dostopom ( DRAM ) uporabljajo en sam tranzistor, ki nenehno izgublja naboj in ga je treba redno osveževati.

Ta strukturna razlika je tudi posledica razlik v uporabi med SRAM in DRAM. DRAM ponuja znatno večjo gostoto shranjevanja, vendar zahteva bolj zapleteno vezje osveževanja, čeprav ta učinek ni dovolj, da bi nadomestil prednost gostote. Vendar pa je SRAM hitrejši od DRAM-a. V procesorskih predpomnilnikih se SRAM uporablja v majhnih količinah, medtem ko DRAM zagotavlja veliko količino sistemskega RAM-a.

Anatomija osvežitve

Da bi razumeli, kako se DRAM osvežuje, je koristno vedeti, kako se bere. Podatki DRAM se berejo v vrsticah, pri čemer se bere cela vrstica naenkrat. Za to se zaračuna besedna vrstica vrstice. To povzroči, da se vrstica pomnilniških celic izprazni v svoje bitne linije. Primerjalne napetosti bitnih linij se napajajo v senzorske ojačevalnike, ki ojačajo naboj na minimum ali maksimum, odvisno od stanja vsake bitne linije.

Senzorski ojačevalniki se nato zaskočijo in so na voljo za branje. Podatki se nato preberejo iz vsakega določenega stolpca v pomnilniško vodilo, da se prenesejo v CPE. Ko so bili zahtevani podatki prebrani iz vrstice, se besedna vrstica vrstice in senzorski ojačevalniki izklopijo, medtem ko se bitne linije ponovno napolnijo.

Čeprav je to zelo zapleteno, ste morda opazili nekaj pomembnega. Proces branja izprazni spominske celice. Ko bi bila celica izpraznjena, bi njihovo ponovno branje dobilo vse ničle, podatki pa bi bili izgubljeni. Branje DRAM-a je uničujoče, vendar podatki ostanejo v vašem RAM-u, ko jih preberete. Manjka korak, ki pojasnjuje to neskladje. Medtem ko so senzorski ojačevalniki zaklenjeni, se njihovo stanje vrne nazaj v pomnilniške celice, iz katerih berejo, pri čemer ohranjajo nizke celice nizke in polnijo visoke celice. To se izvede samodejno pri vsaki operaciji branja in je operacija osveževanja.

Operacija osveževanja deluje na isti osnovi, vendar namesto prenosa zahtevanih podatkov na pomnilniško vodilo senzorski ojačevalniki le ponovno napolnijo pomnilniške celice, preden se znova izklopijo.

Zakaj je potrebna osvežitev?

Zlahka je razumeti, zakaj je po destruktivni operaciji branja potrebno osvežiti pomnilniško celico. Manj intuitivno je, zakaj so potrebne druge osvežitve. Na žalost majhni tranzistorji, ki se uporabljajo za vzdrževanje naboja vsake celice, niso popolni pri ohranjanju naboja. Samo pušča stran. To se zgodi zelo hitro. Standard JEDEC za trenutne pomnilniške standarde zahteva, da se vse vrstice v čipu DRAM osvežijo vsakih 64 ms.

Da bi preprečili izgubo zmogljivosti, se postopek izvaja oportunistično vsakih 64 ms in osveži celoten čip DRAM v eni seriji. Vrstice, ki so prebrane, so že osvežene, medtem ko DRAM miruje, se neprebrane vrstice osvežujejo v ozadju.

Raziskave so pokazale, da lahko celice DRAM hranijo svoje podatke 10 sekund, ne da bi jih osvežili. Nekateri statistični odstopanji lahko podatke hranijo celo do ene minute. Na žalost dobite tudi izstopajoče v drugi smeri, ki ne morejo zadržati svojega naboja niti za sekundo. Izbran je zelo konzervativen časovnik cikla osveževanja, da se prepreči izguba ali poškodba podatkov. Kljub temu je sodobni DRAM dovolj hiter, da osveževanje vsakih 64 ms ne povzroči znatne izgube zmogljivosti.

Nasvet: Raziskovalci so ugotovili, da se lahko zadrževanje napolnjenosti med celicami zelo razlikuje, tudi v enem samem čipu DRAM. Občasno dobre celice nenadoma slabše zadržujejo svoj naboj, zato tudi ne morete zanesljivo izbrati češnje.

Raziskave so tudi pokazale, da ima temperatura pomembno vlogo pri stopnji upadanja naboja. Nad 85 stopinj Celzija lahko naboj bistveno hitreje razpade, zato se čas cikla osveževanja prepolovi. Nasprotno pa lahko hladen DRAM ohrani napolnjenost dlje. To je dovolj znano, da se lahko napadi "hladnega zagona" uporabijo za poskus obnovitve podatkov, "izgubljenih" ob zaustavitvi, iz RAM-a tako, da se ohladijo.

Zaključek

DRAM celice potrebujejo redno osveževanje za dolgoročno shranjevanje podatkov iz dveh razlogov. Prvič, operacija branja je destruktivna. Drugič, naboj tranzistorja sčasoma upada. Da bi preprečili izgubo podatkov, se prebrani podatki zapišejo nazaj v iste pomnilniške celice, celice, ki še niso bile nedavno prebrane, pa se redno osvežujejo. Postopek osveževanja je običajno potreben le vsakih nekaj sekund. Vse vrstice pa se osvežujejo v zelo konzervativni časovni lestvici, da se prepreči izguba podatkov iz celic, ki so statistično izstopajoče glede na to, kako hitro upada njihov naboj.

Zmanjšanje pogostosti potrebnih osvežitev s temperaturnimi senzorji in tehnologijami zaznavanja zadrževanja bi bilo mogoče. To bi vključevalo prednostno uporabo celic, ki dobro zadržujejo naboj. S tem bi se, kjer je to mogoče, izognili statističnim odstopanjem, ki zahtevajo tako konzervativno uravnavanje. Vendar pa se takšne tehnologije na splošno ne uporabljajo, saj povečujejo stroške in zapletajo rešitev težave z minimalnim vplivom na zmogljivost. Delite svoje misli v spodnjih komentarjih.