Ce este o reîmprospătare a memoriei?

Atât SRAM, cât și DRAM sunt forme de memorie volatilă. Aceasta înseamnă că au nevoie de o sursă de alimentare pentru a păstra datele pe care le stochează. S-ar putea să fi auzit despre ștergerea datelor din RAM atunci când computerul se închide, dar acest lucru nu este în întregime adevărat. Datele nu sunt șterse în mod explicit; sarcina care indică un binar 1 sau 0 în celulele de memorie scapă. În timp ce metoda diferă, efectul este același; datele devin inaccesibile.

Procesul de a scăpa de încărcare este esențial pentru RAM. Este atât de important încât este caracteristica distinctivă dintre SRAM și DRAM. Celulele Static Random Access Memory ( SRAM ) utilizează șase tranzistoare conectate ca o pereche de invertoare cuplate încrucișat. Această structură își menține încărcarea pe termen nelimitat atâta timp cât celula de memorie are o sursă de alimentare. Celulele DRAM (Dynamic Random Access Memory ) folosesc un singur tranzistor care își pierde constant încărcarea și trebuie reîmprospătat în mod regulat.

Această diferență de structură se pretează și la diferențele de utilizare dintre SRAM și DRAM. DRAM oferă o densitate de stocare semnificativ mai mare, dar necesită circuite de reîmprospătare mai complicate, deși acest efect nu este suficient pentru a compensa avantajul densității. SRAM este, totuși, mai rapid decât DRAM. În memoria cache a procesorului, SRAM este utilizat în cantități mici, în timp ce DRAM oferă memorie RAM de sistem de mare volum.

Anatomia unei reîmprospătare

Pentru a înțelege cum este reîmprospătată DRAM-ul, este util să știți cum se citește. Datele DRAM sunt citite pe rânduri, un rând întreg fiind citit simultan. Pentru a face acest lucru, linia de cuvinte a unui rând este taxată. Acest lucru face ca rândul de celule de memorie să se descarce în liniile de biți respective. Tensiunile comparative ale liniilor de biți sunt alimentate în amplificatoare de sens, care amplifică sarcina la minim sau maxim, în funcție de starea fiecărei linii de biți.

Apoi, amplificatoarele de sens se deschid și sunt disponibile pentru a fi citite. Datele sunt apoi citite din fiecare coloană specificată în magistrala de memorie pentru a fi transferate la CPU. Odată ce datele necesare au fost citite de pe rând, linia de cuvinte a rândului și amplificatoarele de sens sunt oprite în timp ce liniile de biți sunt preîncărcate din nou.

Deși acest lucru este foarte complex, este posibil să fi observat ceva important. Procesul de citire descarcă celulele de memorie. Cu celula descărcată, recitirea lor ar obține toate 0-urile, datele s-ar pierde. Citirea DRAM este distructivă, dar datele rămân în memoria RAM atunci când le citiți. Lipsește un pas care explică această discrepanță. În timp ce amplificatoarele de simț sunt blocate, starea lor este reintrodusă în celulele de memorie din care citesc, menținând celulele scăzute și încărcând celulele ridicate. Acest lucru se face automat la fiecare operație de citire și este o operație de reîmprospătare.

O operațiune de reîmprospătare funcționează pe aceeași bază, dar în loc să transfere datele solicitate pe magistrala de memorie, amplificatoarele de sens doar reîncarcă celulele de memorie înainte de a se opri din nou.

De ce este necesară o reîmprospătare?

Este ușor de înțeles de ce este necesară reîmprospătarea unei celule de memorie după o operație de citire distructivă. Este mai puțin intuitiv de ce sunt necesare alte reîmprospătări. Din păcate, tranzistoarele mici folosite pentru a menține încărcarea fiecărei celule nu sunt perfecte pentru a menține încărcarea. Pur și simplu se scurge. Acest lucru se întâmplă destul de repede. Standardul JEDEC pentru standardele actuale de memorie necesită ca toate rândurile dintr-un cip DRAM să fie reîmprospătate la fiecare 64 ms.

Pentru a preveni pierderea de performanță, procesul este efectuat în mod oportun la fiecare 64 ms, reîmprospătând întregul cip DRAM într-un singur lot. Rândurile care sunt citite sunt deja reîmprospătate, dar în timp ce DRAM-ul este inactiv, rândurile necitite sunt reîmprospătate în fundal.

Cercetările au arătat că celulele DRAM își pot păstra datele timp de 10 secunde fără a fi reîmprospătate. Unele valori aberante statistice pot chiar menține date până la un minut. Din păcate, primești și valori aberante în cealaltă direcție care nu își pot menține sarcina nici măcar o secundă. Este ales un cronometru pentru ciclul de reîmprospătare foarte conservator pentru a evita pierderea sau coruperea datelor. Cu toate acestea, DRAM-ul modern este suficient de rapid pentru ca reîmprospătarea la fiecare 64 ms să nu aplice o pierdere apreciabilă de performanță.

Sfat: Cercetătorii au descoperit că reținerea sarcinii poate varia semnificativ între celule, chiar și într-un singur cip DRAM. Ocazional, celulele bune devin brusc mai proaste în a-și menține sarcina, așa că nici nu puteți alege în mod fiabil.

Cercetările au descoperit, de asemenea, că temperatura joacă un rol semnificativ în rata de decădere a sarcinii. Încărcarea la peste 85 de grade Celsius poate scădea semnificativ mai repede, astfel încât timpul ciclului de reîmprospătare se reduce la jumătate. În schimb, DRAM-ul rece își poate menține încărcarea mai mult timp. Acest lucru este suficient de cunoscut încât atacurile de „pornire la rece” pot fi folosite pentru a încerca să recupereze datele „pierdute” la oprire din RAM prin răcirea acesteia.

Concluzie

Celulele DRAM au nevoie de reîmprospătare regulată pentru a stoca datele pe termen lung din două motive. În primul rând, operația de citire este distructivă. În al doilea rând, sarcina tranzistorului scade în timp. Pentru a preveni pierderea datelor, datele citite sunt scrise înapoi în aceleași celule de memorie, iar celulele care nu au fost citite recent sunt reîmprospătate în mod regulat. Procesul de reîmprospătare este, în general, necesar doar la fiecare câteva secunde. Cu toate acestea, toate rândurile sunt reîmprospătate pe o scară de timp foarte conservatoare pentru a preveni pierderea de date de la celulele care sunt valori aberante statistice în ceea ce privește cât de repede scade încărcarea lor.

Ar fi posibilă reducerea frecvenței de reîmprospătare cu senzori de temperatură și tehnologii de conștientizare a reținerii. Acest lucru ar implica preferarea folosirii celulelor care sunt bune la ținerea unei încărcări. Procedând astfel, ar evita, acolo unde este posibil, valorile aberante statistice care necesită o astfel de reglare conservatoare. Cu toate acestea, astfel de tehnologii nu sunt utilizate în general, deoarece adaugă cost și complexitate pentru a rezolva o problemă cu un impact minim asupra performanței. Împărtășiți-vă gândurile în comentariile de mai jos.