Čo je to obnovenie pamäte?

SRAM aj DRAM sú formy volatilnej pamäte. To znamená, že na uchovanie uložených údajov potrebujú zdroj napájania. Možno ste už počuli o vymazaní údajov z pamäte RAM pri vypnutí počítača, ale nie je to celkom pravda. Údaje nie sú explicitne vymazané; unikne náboj, ktorý označuje binárnu 1 alebo 0 v pamäťových bunkách. Zatiaľ čo metóda sa líši, účinok je rovnaký; údaje sa stanú neprístupnými.

Proces úniku náboja je pre RAM nevyhnutný. Je taký dôležitý, že je to rozlišovací znak medzi SRAM a DRAM. Static Random Access Memory ( SRAM ) bunky využívajú šesť tranzistorov spojených ako pár krížovo viazaných invertorov. Táto štruktúra si zachováva svoj náboj neobmedzene dlho, pokiaľ má pamäťová bunka napájanie. Bunky dynamickej pamäte s náhodným prístupom ( DRAM ) používajú jeden tranzistor, ktorý neustále stráca náboj a je potrebné ho pravidelne obnovovať.

Tento rozdiel v štruktúre sa tiež hodí k rozdielom v používaní medzi SRAM a DRAM. DRAM ponúka výrazne väčšiu hustotu úložiska, ale vyžaduje zložitejšie obnovovacie obvody, hoci tento efekt nestačí na vyrovnanie výhody hustoty. SRAM je však rýchlejší ako DRAM. Vo vyrovnávacej pamäti procesora sa SRAM používa v malých množstvách, zatiaľ čo DRAM poskytuje systémovú RAM s veľkým objemom.

Anatómia osvieženia

Aby ste pochopili, ako sa DRAM obnovuje, je užitočné vedieť, ako sa číta. Dáta DRAM sa čítajú v riadkoch, pričom celý riadok sa číta naraz. Na tento účel sa účtuje riadok slov v riadku. To spôsobí, že sa rad pamäťových buniek vybije do príslušných bitových riadkov. Porovnávacie napätia bitových vedení sa privádzajú do snímacích zosilňovačov, ktoré zosilňujú náboj na minimum alebo maximum v závislosti od stavu každého bitového vedenia.

Snímacie zosilňovače sa potom zablokujú a sú k dispozícii na čítanie. Údaje sa potom načítajú z každého špecifikovaného stĺpca do pamäťovej zbernice, aby sa preniesli do CPU. Po načítaní požadovaných údajov z riadku sa riadok slova riadka a snímacie zosilňovače vypnú, zatiaľ čo bitové riadky sa znova predbijú.

Aj keď je to veľmi zložité, možno ste si všimli niečo dôležité. Proces čítania vybíja pamäťové bunky. Pri vybitom článku by ich opätovné načítanie dostalo všetky 0, údaje by sa stratili. Čítanie DRAM je deštruktívne, ale údaje ostávajú v pamäti RAM, keď ich čítate. Chýba jeden krok, ktorý vysvetľuje túto nezrovnalosť. Zatiaľ čo sú snímacie zosilňovače zablokované, ich stav je privádzaný späť do pamäťových buniek, z ktorých čítajú, čím sa udržiava nízky počet buniek a nabíjajú sa vysoké články. Toto sa vykonáva automaticky pri každej operácii čítania a ide o operáciu obnovenia.

Obnovovacia operácia funguje na rovnakom základe, ale namiesto prenosu požadovaných údajov na pamäťovú zbernicu snímacie zosilňovače iba dobijú pamäťové bunky pred opätovným vypnutím.

Prečo je obnovenie potrebné?

Je ľahké pochopiť, prečo je potrebné obnoviť pamäťovú bunku po deštruktívnej operácii čítania. Je menej intuitívne, prečo sú potrebné ďalšie aktualizácie. Bohužiaľ, malé tranzistory používané na udržanie náboja každého článku nie sú dokonalé na udržanie náboja. Len to uniká. Toto sa deje celkom rýchlo. Štandard JEDEC pre súčasné štandardy pamäte vyžaduje, aby sa všetky riadky v čipe DRAM obnovovali každých 64 ms.

Aby sa predišlo strate výkonu, proces sa vykonáva oportunisticky každých 64 ms a obnovuje celý čip DRAM v jednej dávke. Čítané riadky sú už obnovené, ale kým je DRAM nečinná, neprečítané riadky sa obnovujú na pozadí.

Výskum ukázal, že bunky DRAM dokážu uchovať svoje dáta 10 sekúnd bez toho, aby sa obnovovali. Niektoré štatistické odľahlé hodnoty môžu dokonca uchovávať údaje až jednu minútu. Bohužiaľ, v opačnom smere dostanete aj odľahlé hodnoty, ktoré nedokážu udržať svoj náboj ani na sekundu. Je zvolený veľmi konzervatívny časovač obnovovacieho cyklu, aby sa predišlo strate alebo poškodeniu údajov. Moderná pamäť DRAM je však dostatočne rýchla na to, aby obnovovanie každých 64 ms nespôsobilo výraznú stratu výkonu.

Tip: Výskumníci zistili, že zadržiavanie náboja sa môže medzi jednotlivými bunkami výrazne líšiť, dokonca aj v jedinom čipe DRAM. Občas sa stáva, že dobré bunky zrazu horšie držia svoj náboj, takže ani vy nemôžete spoľahlivo vyberať čerešne.

Výskum tiež zistil, že teplota zohráva významnú úlohu v rýchlosti rozpadu náboja. Nabitie pri teplote vyššej ako 85 stupňov Celzia sa môže výrazne rýchlejšie vybiť, takže doba cyklu obnovy sa skráti na polovicu. Naopak, studená DRAM dokáže udržať nabitie dlhšie. Je dostatočne známe, že útoky „cold boot“ možno použiť na pokus o obnovenie údajov „stratených“ pri vypnutí z pamäte RAM ich ochladením.

Záver

Bunky DRAM potrebujú pravidelné obnovovanie na dlhodobé ukladanie údajov z dvoch dôvodov. Po prvé, operácia čítania je deštruktívna. Po druhé, náboj tranzistora sa časom znižuje. Aby sa predišlo strate údajov, načítané údaje sa zapisujú späť do rovnakých pamäťových buniek a bunky, ktoré neboli nedávno načítané, sa pravidelne obnovujú. Proces obnovy je vo všeobecnosti potrebný iba každých niekoľko sekúnd. Všetky riadky sa však obnovujú vo veľmi konzervatívnom časovom meradle, aby sa zabránilo strate údajov z buniek, ktoré sú štatisticky odľahlé, pokiaľ ide o rýchlosť poklesu ich náboja.

Bolo by možné znížiť frekvenciu potrebnej obnovy pomocou teplotných senzorov a technológií na zvyšovanie povedomia o uchovávaní údajov. To by zahŕňalo uprednostňovanie použitia článkov, ktoré sú dobré pri držaní náboja. Ak by to bolo možné, predišlo by sa tým štatistickým odľahlým hodnotám, ktoré si vyžadujú takéto konzervatívne ladenie. Takéto technológie sa však vo všeobecnosti nepoužívajú, pretože zvyšujú náklady a zložitosť riešenia problému s minimálnym dopadom na výkon. Podeľte sa o svoje myšlienky v komentároch nižšie.