ما هو تحديث الذاكرة؟

كل من SRAM و DRAM هما شكلان من أشكال الذاكرة المتقلبة. هذا يعني أنهم بحاجة إلى مصدر طاقة للاحتفاظ بالبيانات التي يخزنونها. ربما تكون قد سمعت عن البيانات التي تم حذفها من ذاكرة الوصول العشوائي عند إيقاف تشغيل جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، ولكن هذا ليس صحيحًا تمامًا. لم يتم حذف البيانات صراحة ؛ الشحنة التي تشير إلى ثنائي 1 أو 0 في خلايا الذاكرة يهرب. بينما تختلف الطريقة ، يكون التأثير هو نفسه ؛ تصبح البيانات غير قابلة للوصول.

عملية الهروب من الشحن أمر ضروري لذاكرة الوصول العشوائي. من المهم جدًا أن تكون هذه هي السمة المميزة بين SRAM و DRAM. تستخدم خلايا ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة ( SRAM ) ستة ترانزستورات متصلة كزوج من المحولات المتقاطعة. تحافظ هذه البنية على شحنتها إلى أجل غير مسمى طالما أن خلية الذاكرة بها مصدر طاقة. تستخدم خلايا ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية ( DRAM ) ترانزستورًا واحدًا يفقد شحنته باستمرار ويحتاج إلى التحديث بانتظام.

هذا الاختلاف في البنية يفسح المجال أيضًا للاختلافات في الاستخدام بين SRAM و DRAM. يوفر DRAM كثافة تخزين أكبر بكثير ولكنه يتطلب دوائر تحديث أكثر تعقيدًا ، على الرغم من أن هذا التأثير لا يكفي لتعويض ميزة الكثافة. ومع ذلك ، فإن SRAM أسرع من DRAM. في ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج ، يتم استخدام SRAM بكميات صغيرة ، بينما يوفر DRAM ذاكرة وصول عشوائي للنظام عالية الحجم.

تشريح الانتعاش

لفهم كيفية تحديث DRAM ، من المفيد معرفة كيفية قراءتها. تتم قراءة بيانات DRAM في صفوف ، مع قراءة صف كامل مرة واحدة. للقيام بذلك ، يتم شحن سطر كلمة الصف. يؤدي هذا إلى تفريغ صف خلايا الذاكرة إلى خطوط البت الخاصة بها. يتم تغذية الفولتية المقارنة لخطوط البتات في مكبرات الصوت ، والتي تعمل على تضخيم الشحنة إلى الحد الأدنى أو الأقصى اعتمادًا على حالة كل خط بت.

يتم فتح مكبرات الصوت بعد ذلك وتكون متاحة للقراءة. ثم تتم قراءة البيانات من كل عمود محدد في ناقل الذاكرة ليتم نقلها إلى وحدة المعالجة المركزية. بمجرد قراءة البيانات المطلوبة من الصف ، يتم إيقاف تشغيل سطر كلمات الصف ومكبرات الصوت بينما يتم شحن خطوط البت مسبقًا مرة أخرى.

في حين أن هذا معقد للغاية ، ربما لاحظت شيئًا مهمًا. تؤدي عملية القراءة إلى تفريغ خلايا الذاكرة. مع تفريغ الخلية ، ستؤدي إعادة قراءتها إلى الحصول على جميع 0 وستفقد البيانات. قراءة DRAM مدمرة ، لكن البيانات تبقى في ذاكرة الوصول العشوائي الخاصة بك عند قراءتها. هناك خطوة مفقودة تفسر هذا التناقض. أثناء إغلاق مكبرات الصوت ، يتم إعادة حالتها إلى خلايا الذاكرة التي تقرأ منها ، مما يبقي الخلايا المنخفضة منخفضة ويشحن الخلايا العالية. يتم ذلك تلقائيًا في كل عملية قراءة وهي عملية تحديث.

تعمل عملية التحديث على نفس الأساس ، ولكن بدلاً من نقل البيانات المطلوبة إلى ناقل الذاكرة ، تقوم مكبرات الصوت بإعادة شحن خلايا الذاكرة فقط قبل إيقاف التشغيل مرة أخرى.

لماذا التحديث ضروري؟

من السهل فهم سبب ضرورة تحديث خلية ذاكرة بعد عملية قراءة مدمرة. من غير البديهي أن تكون هناك حاجة إلى تحديثات أخرى. لسوء الحظ ، فإن الترانزستورات الصغيرة المستخدمة للحفاظ على شحنة كل خلية ليست مثالية في الاحتفاظ بالشحنة. انها مجرد تسرب بعيدا. هذا يحدث بسرعة كبيرة. يتطلب معيار JEDEC لمعايير الذاكرة الحالية تحديث جميع الصفوف في شريحة DRAM كل 64 مللي ثانية.

لمنع فقدان الأداء ، يتم تنفيذ العملية بشكل انتهازي كل 64 مللي ثانية لتحديث شريحة DRAM بأكملها دفعة واحدة. تم تحديث الصفوف التي تمت قراءتها بالفعل ، ولكن بينما يكون DRAM جالسًا خاملاً ، يتم تحديث الصفوف غير المقروءة في الخلفية.

أظهرت الأبحاث أن خلايا DRAM يمكنها الاحتفاظ ببياناتها لمدة 10 ثوانٍ دون تحديث. يمكن لبعض القيم المتطرفة الإحصائية الاحتفاظ بالبيانات لمدة تصل إلى دقيقة. لسوء الحظ ، تحصل أيضًا على قيم متطرفة في الاتجاه الآخر لا يمكنها تحمل شحنتها ولو لثانية واحدة. يتم اختيار مؤقت دورة تحديث محافظ للغاية لتجنب فقدان البيانات أو تلفها. ومع ذلك ، فإن ذاكرة DRAM الحديثة سريعة بما يكفي بحيث لا يؤدي التحديث كل 64 مللي ثانية إلى خسارة ملحوظة في الأداء.

نصيحة: وجد الباحثون أن الاحتفاظ بالشحن يمكن أن يختلف اختلافًا كبيرًا بين الخلايا ، حتى في شريحة DRAM واحدة. من حين لآخر ، تصبح الخلايا الجيدة فجأة أسوأ في الحفاظ على شحنتها ، لذلك لا يمكنك اختيار الكرز بشكل موثوق أيضًا.

وجدت الأبحاث أيضًا أن درجة الحرارة تلعب دورًا مهمًا في معدل اضمحلال الشحنة. يمكن أن تتحلل الشحنة التي تزيد عن 85 درجة مئوية بشكل أسرع ، لذلك ينخفض ​​وقت دورة التحديث إلى النصف. على العكس من ذلك ، يمكن للذاكرة الحيوية الباردة أن تحافظ على شحنتها لفترة أطول. هذا معروف بما فيه الكفاية أنه يمكن استخدام هجمات "التمهيد البارد" لمحاولة استعادة البيانات "المفقودة" عند إيقاف التشغيل من ذاكرة الوصول العشوائي عن طريق تبريدها.

خاتمة

تحتاج خلايا DRAM إلى تحديث منتظم لتخزين البيانات على المدى الطويل لسببين. أولاً ، عملية القراءة مدمرة. ثانيًا ، تتحلل شحنة الترانزستور بمرور الوقت. لمنع فقدان البيانات ، تتم إعادة كتابة البيانات المقروءة على خلايا الذاكرة نفسها ، ويتم تحديث الخلايا التي لم تتم قراءتها مؤخرًا بانتظام. بشكل عام ، تكون عملية التحديث ضرورية فقط كل بضع ثوانٍ. ومع ذلك ، يتم تحديث جميع الصفوف على نطاق زمني متحفظ للغاية لمنع فقدان البيانات من الخلايا التي تمثل قيمًا متطرفة إحصائية في مدى سرعة تحلل شحنتها.

سيكون من الممكن تقليل عدد مرات التحديث المطلوبة باستخدام مستشعرات درجة الحرارة وتقنيات الوعي بالاحتفاظ. قد يتضمن ذلك تفضيل استخدام الخلايا الجيدة في حمل الشحنة. سيؤدي القيام بذلك ، حيثما أمكن ، إلى تجنب القيم المتطرفة الإحصائية التي تتطلب مثل هذا الضبط المحافظ. ومع ذلك ، لا يتم استخدام هذه التقنيات بشكل عام ، لأنها تضيف التكلفة والتعقيد لحل مشكلة بأقل تأثير على الأداء. شارك بأفكارك في التعليقات أدناه.