Шта је освежавање меморије?

И СРАМ и ДРАМ су облици нестабилне меморије. То значи да им је потребно напајање да задрже податке које чувају. Можда сте чули да се подаци бришу из РАМ-а када се рачунар искључи, али то није сасвим тачно. Подаци се не бришу експлицитно; наелектрисање које указује на бинарни 1 или 0 у меморијским ћелијама бежи. Док се метода разликује, ефекат је исти; подаци постају недоступни.

Процес избегавања пуњења је од суштинског значаја за РАМ. Толико је важно да је то разлика између СРАМ-а и ДРАМ-а. Ћелије статичке меморије са случајним приступом ( СРАМ ) користе шест транзистора повезаних као пар унакрсно спрегнутих претварача. Ова структура одржава свој набој неограничено све док меморијска ћелија има напајање. Ћелије динамичке меморије са случајним приступом ( ДРАМ ) користе један транзистор који стално губи напуњеност и треба да се редовно освежава.

Ова разлика у структури такође доприноси разликама у употреби између СРАМ-а и ДРАМ-а. ДРАМ нуди знатно већу густину складиштења, али захтева компликованије коло за освежавање, иако овај ефекат није довољан да надокнади предност густине. СРАМ је, међутим, бржи од ДРАМ-а. У кеш меморији процесора, СРАМ се користи у малим количинама, док ДРАМ обезбеђује системску РАМ меморију великог обима.

Анатомија освежавања

Да бисте разумели како се ДРАМ освежава, корисно је знати како се чита. ДРАМ подаци се читају у редовима, при чему се цео ред чита одједном. Да би се то урадило, наплаћује се линија речи у реду. Ово узрокује да се ред меморијских ћелија испразни до њихових одговарајућих битних линија. Упоредни напони битних линија се уносе у сензорске појачиваче, који појачавају наелектрисање на минимум или максимум у зависности од стања сваке битне линије.

Појачивачи чула се тада отварају и доступни су за читање. Подаци се затим читају из сваке наведене колоне у меморијску магистралу да би се пренели на ЦПУ. Када се тражени подаци прочитају из реда, линија речи у реду и појачивачи чула се искључују док се линије битова поново пуне.

Иако је ово веома сложено, можда сте приметили нешто важно. Процес читања празни меморијске ћелије. Када би се ћелија испразнила, њихово поновно читање би добило све нуле, подаци би били изгубљени. Читање ДРАМ-а је деструктивно, али подаци остају у вашој РАМ меморији када их читате. Недостаје корак који објашњава ово неслагање. Док су појачивачи чула закључани, њихово стање се враћа у меморијске ћелије из којих читају, одржавајући ниске ћелије на ниским и пунећи високе ћелије. Ово се ради аутоматски при свакој операцији читања и представља операцију освежавања.

Операција освежавања функционише на истој основи, али уместо да пренесу тражене податке на меморијску магистралу, појачивачи чула само пуне меморијске ћелије пре него што се поново искључе.

Зашто је потребно освежавање?

Лако је разумети зашто је потребно освежити меморијску ћелију након деструктивне операције читања. Мање је интуитивно зашто су потребна друга освежавања. Нажалост, сићушни транзистори који се користе за одржавање наелектрисања сваке ћелије нису савршени у задржавању наелектрисања. Само цури. Ово се дешава прилично брзо. ЈЕДЕЦ стандард за тренутне меморијске стандарде захтева да се сви редови у ДРАМ чипу освежавају сваких 64 мс.

Да би се спречио губитак перформанси, процес се изводи опортунистички сваких 64 мс освежавајући цео ДРАМ чип у једној серији. Редови који су прочитани су већ освежени, али док је ДРАМ неактиван, непрочитани редови се освежавају у позадини.

Истраживања су показала да ДРАМ ћелије могу задржати своје податке 10 секунди без освежавања. Неки статистички одступници могу чак да одржавају податке до једног минута. Нажалост, у другом смеру добијате и ванредне ситуације које не могу да задрже свој набој ни на секунд. Одабран је веома конзервативан тајмер циклуса освежавања да би се избегао губитак или оштећење података. Ипак, савремени ДРАМ је довољно брз да освежавање сваких 64 мс не доводи до значајног губитка перформанси.

Савет: Истраживачи су открили да задржавање пуњења може значајно да варира између ћелија, чак и у једном ДРАМ чипу. Повремено, добре ћелије изненада постану лошије у задржавању набоја, тако да ни ви не можете поуздано да бирате.

Истраживања су такође открила да температура игра значајну улогу у брзини распада наелектрисања. Напуњеност изнад 85 степени Целзијуса може знатно брже пропасти, тако да је време циклуса освежавања преполовљено. Супротно томе, хладна ДРАМ меморија може дуже да задржи напуњеност. Ово је довољно познато да се напади „хладног покретања“ могу користити за покушај повратка података „изгубљених“ из РАМ-а хлађењем.

Закључак

ДРАМ ћелијама је потребно редовно освежавање за дугорочно складиштење података из два разлога. Прво, операција читања је деструктивна. Друго, наелектрисање транзистора опада током времена. Да би се спречио губитак података, прочитани подаци се записују назад у исте меморијске ћелије, а ћелије које нису недавно прочитане се редовно освежавају. Процес освежавања је генерално неопходан само сваких неколико секунди. Међутим, сви редови се освежавају на веома конзервативној временској скали да би се спречио губитак података из ћелија које су статистички одступници у томе колико брзо њихово пуњење опада.

Смањење учесталости освежавања помоћу сензора температуре и технологија свести о задржавању било би могуће. Ово би укључивало преферирање употребе ћелија које су добре у држању набоја. На тај начин би се избегли, где је то могуће, статистички одступници који захтевају такво конзервативно подешавање. Међутим, такве технологије се генерално не користе, јер повећавају трошкове и сложеност за решавање проблема са минималним утицајем на перформансе. Поделите своје мисли у коментарима испод.