Cosè un aggiornamento della memoria?

Sia SRAM che DRAM sono forme di memoria volatile. Ciò significa che hanno bisogno di un alimentatore per conservare i dati che memorizzano. Potresti aver sentito parlare di dati che vengono cancellati dalla RAM quando il tuo computer si spegne, ma questo non è del tutto vero. I dati non vengono eliminati in modo esplicito; la carica che indica un binario 1 o 0 nelle celle di memoria sfugge. Sebbene il metodo sia diverso, l'effetto è lo stesso; i dati sono resi inaccessibili.

Il processo di fuga dalla carica è essenziale per la RAM. È così importante che è la caratteristica distintiva tra SRAM e DRAM. Le celle SRAM (Static Random Access Memory ) utilizzano sei transistor collegati come una coppia di inverter ad accoppiamento incrociato. Questa struttura mantiene la sua carica indefinitamente finché la cella di memoria è alimentata. Le celle DRAM (Dynamic Random Access Memory ) utilizzano un singolo transistor che perde costantemente la sua carica e deve essere aggiornato regolarmente.

Questa differenza di struttura si presta anche alle differenze di utilizzo tra SRAM e DRAM. La DRAM offre una densità di archiviazione significativamente maggiore ma richiede circuiti di aggiornamento più complicati, sebbene questo effetto non sia sufficiente a compensare il vantaggio della densità. SRAM è, tuttavia, più veloce di DRAM. Nelle cache del processore, la SRAM viene utilizzata in piccole quantità, mentre la DRAM fornisce RAM di sistema ad alto volume.

L'anatomia di un aggiornamento

Per capire come viene aggiornata la DRAM, è utile sapere come viene letta. I dati DRAM vengono letti in righe, con un'intera riga che viene letta contemporaneamente. Per fare ciò, viene addebitata la riga di parola di una riga. Questo fa sì che la fila di celle di memoria si scarichi sulle rispettive bit line. Le tensioni comparative delle linee di bit vengono immesse in amplificatori di rilevamento, che amplificano la carica al minimo o al massimo a seconda dello stato di ciascuna linea di bit.

Gli amplificatori di rilevamento quindi si aprono e sono disponibili per la lettura. I dati vengono quindi letti da ciascuna colonna specificata nel bus di memoria per essere trasferiti alla CPU. Una volta letti i dati richiesti dalla riga, la word line della riga ei sense amplifier vengono spenti mentre le bit line vengono nuovamente precaricate.

Anche se questo è molto complesso, potresti aver notato qualcosa di importante. Il processo di lettura scarica le celle di memoria. Con la cella scarica, rileggendoli otterrebbero tutti 0 i dati andrebbero persi. La lettura della DRAM è distruttiva, ma i dati rimangono nella RAM quando la leggi. C'è un passaggio mancante che spiega questa discrepanza. Mentre gli amplificatori di rilevamento sono bloccati, il loro stato viene riportato nelle celle di memoria da cui leggono, mantenendo basse le celle basse e caricando le celle alte. Questa operazione viene eseguita automaticamente a ogni operazione di lettura ed è un'operazione di aggiornamento.

Un'operazione di aggiornamento funziona sulla stessa base, ma invece di trasferire i dati richiesti al bus di memoria, gli amplificatori di rilevamento si limitano a ricaricare le celle di memoria prima di spegnersi nuovamente.

Perché è necessario un aggiornamento?

È facile capire perché è necessario aggiornare una cella di memoria dopo un'operazione di lettura distruttiva. È meno intuitivo il motivo per cui sono necessari altri aggiornamenti. Sfortunatamente, i minuscoli transistor utilizzati per mantenere la carica di ogni cella non sono perfetti nel mantenere la carica. Perde via. Questo accade abbastanza rapidamente. Lo standard JEDEC per gli attuali standard di memoria richiede che tutte le righe in un chip DRAM vengano aggiornate ogni 64 ms.

Per prevenire la perdita di prestazioni, il processo viene eseguito opportunisticamente ogni 64 ms aggiornando l'intero chip DRAM in un unico batch. Le righe lette sono già aggiornate, ma mentre la DRAM è inattiva, le righe non lette vengono aggiornate in background.

La ricerca ha dimostrato che le celle DRAM possono conservare i propri dati per 10 secondi senza essere aggiornate. Alcuni valori anomali statistici possono persino conservare i dati per un massimo di un minuto. Sfortunatamente, ottieni anche valori anomali nell'altra direzione che non possono mantenere la loro carica nemmeno per un secondo. Viene scelto un timer del ciclo di aggiornamento molto conservativo per evitare la perdita o il danneggiamento dei dati. Tuttavia, la DRAM moderna è abbastanza veloce che l'aggiornamento ogni 64 ms non applica una perdita di prestazioni apprezzabile.

Suggerimento: i ricercatori hanno scoperto che la conservazione della carica può variare in modo significativo tra le celle, anche in un singolo chip DRAM. Di tanto in tanto, le celle buone improvvisamente peggiorano nel mantenere la loro carica, quindi non puoi nemmeno scegliere in modo affidabile.

La ricerca ha anche scoperto che la temperatura gioca un ruolo significativo nel tasso di decadimento della carica. Al di sopra di 85 gradi Celsius la carica può decadere molto più velocemente, quindi il tempo del ciclo di aggiornamento viene dimezzato. Al contrario, la DRAM fredda può mantenere la sua carica più a lungo. Questo è abbastanza noto che gli attacchi di "avvio a freddo" possono essere utilizzati per tentare di recuperare i dati "persi" allo spegnimento dalla RAM raffreddandola.

Conclusione

Le celle DRAM necessitano di un aggiornamento regolare per archiviare i dati a lungo termine per due motivi. In primo luogo, l'operazione di lettura è distruttiva. In secondo luogo, la carica del transistor decade nel tempo. Per prevenire la perdita di dati, i dati letti vengono riscritti nelle stesse celle di memoria e le celle che non sono state lette di recente vengono regolarmente aggiornate. Il processo di aggiornamento è generalmente necessario solo ogni pochi secondi. Tuttavia, tutte le righe vengono aggiornate su una scala temporale molto conservativa per prevenire la perdita di dati dalle celle che sono valori anomali statistici nella velocità di decadimento della loro carica.

Sarebbe possibile ridurre la frequenza con cui sono necessari gli aggiornamenti con sensori di temperatura e tecnologie di consapevolezza della conservazione. Ciò comporterebbe la preferenza per l'uso di celle in grado di mantenere una carica. In questo modo si eviterebbero, ove possibile, i valori anomali statistici che richiedono tale regolazione conservativa. Tuttavia, tali tecnologie non vengono generalmente utilizzate, poiché aggiungono costi e complessità per risolvere un problema con un impatto minimo sulle prestazioni. Condividi i tuoi pensieri nei commenti qui sotto.