การรีเฟรชหน่วยความจำคืออะไร?

ทั้ง SRAM และ DRAM เป็นรูปแบบของหน่วยความจำที่เปลี่ยนแปลงได้ ซึ่งหมายความว่าพวกเขาต้องการแหล่งจ่ายไฟเพื่อเก็บข้อมูลที่เก็บไว้ คุณอาจเคยได้ยินเกี่ยวกับข้อมูลที่ถูกลบออกจาก RAM เมื่อคอมพิวเตอร์ของคุณปิดตัวลง แต่นั่นไม่เป็นความจริงทั้งหมด ข้อมูลจะไม่ถูกลบอย่างชัดเจน ประจุที่ระบุไบนารี 1 หรือ 0 ในเซลล์หน่วยความจำจะหลุดออกไป แม้ว่าวิธีการจะแตกต่างกัน แต่ผลลัพธ์ก็เหมือนกัน ข้อมูลไม่สามารถเข้าถึงได้

กระบวนการหลบหนีการชาร์จเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ RAM มันสำคัญมากที่มันเป็นคุณสมบัติที่แตกต่างระหว่าง SRAM และ DRAM เซลล์ Static Random Access Memory ( SRAM ) ใช้ทรานซิสเตอร์ 6 ตัวที่เชื่อมต่อกันเป็นอินเวอร์เตอร์แบบครอส-คูเปิล โครงสร้างนี้รักษาประจุไว้อย่างไม่มีกำหนดตราบเท่าที่เซลล์หน่วยความจำมีแหล่งจ่ายไฟ เซลล์ หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่มแบบไดนามิก ( DRAM ) ใช้ทรานซิสเตอร์ตัวเดียวที่สูญเสียประจุอย่างต่อเนื่องและจำเป็นต้องรีเฟรชเป็นประจำ

ความแตกต่างของโครงสร้างนี้ยังส่งผลต่อความแตกต่างในการใช้งานระหว่าง SRAM และ DRAM DRAM ให้ความหนาแน่นในการจัดเก็บข้อมูลที่มากขึ้นอย่างมาก แต่ต้องใช้วงจรรีเฟรชที่ซั��ซ้อนกว่า แม้ว่าผลกระทบนี้จะไม่เพียงพอที่จะชดเชยความได้เปรียบด้านความหนาแน่น อย่างไรก็ตาม SRAM นั้นเร็วกว่า DRAM ในแคชโปรเซสเซอร์ SRAM จะใช้ในปริมาณเล็กน้อย ในขณะที่ DRAM จัดเตรียม RAM ของระบบในปริมาณมาก

กายวิภาคของการรีเฟรช

หากต้องการทำความเข้าใจวิธีการรีเฟรช DRAM คุณควรทราบวิธีการอ่านข้อมูล ข้อมูล DRAM จะถูกอ่านเป็นแถว โดยอ่านทั้งแถวพร้อมกัน ในการดำเนินการดังกล่าว บรรทัดคำของแถวจะถูกเรียกเก็บเงิน สิ่งนี้ทำให้แถวของเซลล์หน่วยความจำระบายออกไปยังบรรทัดบิตตามลำดับ แรงดันไฟฟ้าเปรียบเทียบของบิตไลน์ถูกป้อนเข้าสู่เครื่องขยายสัญญาณความรู้สึก ซึ่งขยายประจุให้มีค่าต่ำสุดหรือสูงสุดขึ้นอยู่กับสถานะของแต่ละบิตไลน์

จากนั้นตัวขยายความรู้สึกจะสลักเปิดออกและสามารถอ่านได้ ข้อมูลจะถูกอ่านจากแต่ละคอลัมน์ที่ระบุไปยังบัสหน่วยความจำเพื่อถ่ายโอนไปยัง CPU เมื่ออ่านข้อมูลที่ต้องการจากแถวแล้ว เวิร์ดไลน์ของแถวและตัวขยายความรู้สึกจะถูกปิด ขณะที่บิตไลน์จะถูกชาร์จไว้ล่วงหน้าอีกครั้ง

แม้ว่าสิ่งนี้จะซับซ้อนมาก แต่คุณอาจสังเกตเห็นบางสิ่งที่สำคัญ กระบวนการอ่านจะปล่อยเซลล์หน่วยความจำ เมื่อเซลล์หมด การอ่านซ้ำจะทำให้ได้ค่า 0 ทั้งหมด ข้อมูลจะสูญหาย การอ่าน DRAM เป็นการทำลายข้อมูล แต่ข้อมูลจะยังคงอยู่ใน RAM ของคุณเมื่อคุณอ่าน มีขั้นตอนที่ขาดหายไปซึ่งอธิบายความคลาดเคลื่อนนี้ ในขณะที่ตัวขยายความรู้สึกถูกล็อค สถานะของมันจะถูกป้อนกลับเข้าไปในเซลล์หน่วยความจำที่อ่านมา ทำให้เซลล์ต่ำอยู่ในระดับต่ำและชาร์จเซลล์ระดับสูง สิ่งนี้จะทำโดยอัตโนมัติในทุกการอ่านและเป็นการดำเนินการรีเฟรช

การดำเนินการรีเฟรชทำงานบนพื้นฐานเดียวกัน แต่แทนที่จะถ่ายโอนข้อมูลที่ร้องขอไปยังบัสหน่วยความจำ ตัวขยายความรู้สึกจะชาร์จเซลล์หน่วยความจำอีกครั้งก่อนที่จะปิดอีกครั้ง

เหตุใดจึงต้องรีเฟรช

เข้าใจได้ง่ายว่าเหตุใดจึงจำเป็นต้องรีเฟรชเซลล์หน่วยความจำหลังจากการดำเนินการอ่านแบบทำลายล้าง ใช้งานง่ายน้อยกว่าเหตุใดจึงต้องรีเฟรชอื่น ๆ น่าเสียดายที่ทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กที่ใช้เพื่อรักษาประจุของแต่ละเซลล์นั้นไม่สมบูรณ์แบบในการรักษาประจุ มันแค่รั่วไหลออกไป สิ่งนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว มาตรฐาน JEDEC สำหรับมาตรฐานหน่วยความจำปัจจุบันกำหนดให้แถวทั้งหมดในชิป DRAM ต้องรีเฟรชทุกๆ 64 มิลลิวินาที

เพื่อป้องกันการสูญเสียประสิทธิภาพ กระบวนการจะดำเนินการทุกๆ 64 มิลลิวินาทีเพื่อรีเฟรชชิป DRAM ทั้งหมดในชุดเดียว แถวที่อ่านได้รับการรีเฟรชแล้ว แต่ในขณะที่ DRAM อยู่ในสถานะไม่ได้ใช้งาน แถวที่ยังไม่อ่านจะถูกรีเฟรชในเบื้องหลัง

การวิจัยพบว่าเซลล์ DRAM สามารถเก็บข้อมูลไว้ได้ 10 วินาทีโดยไม่ต้องรีเฟรช ค่าผิดปกติทางสถิติบางอย่างสามารถรักษาข้อมูลได้นานถึงหนึ่งนาที โชคไม่ดีที่คุณได้รับค่าผิดปกติในทิศทางอื่นที่ไม่สามารถเก็บประจุไว้ได้แม้แต่วินาทีเดียว เลือกตัวจับเวลารอบการรีเฟรชแบบอนุรักษ์นิยมเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญหายของข้อมูลหรือความเสียหาย ถึงกระนั้น DRAM สมัยใหม่ก็เร็วพอที่การรีเฟรชทุกๆ 64 มิลลิวินาทีจะไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลง

เคล็ดลับ:นักวิจัยพบว่าการเก็บรักษาประจุอาจแตกต่างกันอย่างมากระหว่างเซลล์ แม้แต่ในชิป DRAM ตัวเดียว ในบางครั้ง เซลล์ที่ดีจะแย่ลงทันทีเมื่อเก็บประจุ ดังนั้นคุณจึงไม่สามารถเก็บเชอร์รี่ได้อย่างน่าเชื่อถือเช่นกัน

การวิจัยยังพบว่าอุณหภูมิมีบทบาทสำคัญในอัตราการสลายตัวของประจุ ประจุที่สูงกว่า 85 องศาเซลเซียสสามารถสลายตัวได้เร็วกว่ามาก ดังนั้นเวลารอบการรีเฟรชจึงลดลงครึ่งหนึ่ง ในทางกลับกัน DRAM แบบเย็นสามารถคงประจุไว้ได้นานขึ้น เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าการโจมตีแบบ "cold boot" สามารถใช้เพื่อพยายามกู้คืนข้อมูลที่ "สูญหาย" เมื่อปิดระบบจาก RAM โดยการทำให้เย็นลง

บทสรุป

เซลล์ DRAM ต้องการการรีเฟรชเป็นประจำเพื่อจัดเก็บข้อมูลระยะยาวด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรก การดำเนินการอ่านเป็นแบบทำลายล้าง ประการที่สอง ประจุของทรานซิสเตอร์จะสลายไปตามกาลเวลา เพื่อป้องกันข้อมูลสูญหาย ข้อมูลที่อ่านจะถูกเขียนกลับไปยังเซลล์หน่วยความจำเดียวกัน และเซลล์ที่ยังไม่ได้อ่านเมื่อเร็วๆ นี้จะถูกรีเฟรชเป็นประจำ โดยทั่วไป กระบวนการรีเฟรชจำเป็นทุกๆ สองสามวินาทีเท่านั้น อย่างไรก็ตาม แถวทั้งหมดจะถูกรีเฟรชในช่วงเวลาที่ระมัดระวังมาก เพื่อป้องกันข้อมูลสูญหายจากเซลล์ที่เป็นค่าผิดปกติทางสถิติว่าประจุจะสลายตัวเร็วเพียงใด

การลดความถี่ที่จำเป็นในการรีเฟรชด้วยเซ็นเซอร์อุณหภูมิและเทคโนโลยีการรับรู้การเก็บรักษาอาจทำได้ สิ่งนี้จะเกี่ยวข้องกับการเลือกใช้เซลล์ที่สามารถเก็บประจุได้ดี การทำเช่นนั้นจะหลีกเลี่ยงค่าผิดปกติทางสถิติที่ต้องใช้การปรับแต่งแบบอนุรักษ์นิยม หากเป็นไปได้ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีดังกล่าวมักไม่ถูกนำมาใช้ เนื่องจากจะเพิ่มต้นทุนและความซับซ้อนในการแก้ปัญหาโดยมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงานน้อยที่สุด แบ่งปันความคิดของคุณในความคิดเห็นด้านล่าง