Dinamiese ewetoeganklike geheue

Dinamiese ewetoeganklike geheue (Engels:Dynamic Random Access Memory of DRAM) is 'n soort ewetoeganklike geheue wat elke bis data in 'n afsonderlike kapasitor stoor. Aangesien kapasitors mettertyd hul elektriese lading verloor gaan die inligting uiteindelik verlore as die kapasitore nie periodies herlaai word nie. Hierdie herlaaivereiste maak dat hierdie soort geheue dinamies genoem word teenoor ander geheuesoorte wat staties (SRAM) is. Die voordeel bo SRAM is die eenvoudiger samestelling: slegs een transistor en een kapasitor word vereis per bis vergeleke met die ses transistors per bis van SRAM, wat sodoende DRAM se veel hoër digtheid verwesentlik. Aangesien DRAM sy data verloor wanneer die kragtoevoer verwyder word, ressorteer dit onder die klas van vlugtige geheuetoestelle.

Die eerste DRAM-sel is deur Robert Dennard, 'n navorser by IBM se Thomas J. Watson navorsingssentrum, uitgevind. Hierdie sel het soos die meeste DRAM-selle gewerk deurdat data verfris moet word om die lading te herstel; die data is vernietig na 'n leesbewerking en moes herskryf word. Alhoewel DRAM-selle vandag oraloor te vinde is, was Dennard een van min mense wat geglo het dat 'n doeltreffende DRAM-sel ontwikkel kon word.

DRAM word gewoonlik in 'n vierkantige matriks van een kapasitor en een transistor per sel gerangskik. Die illustrasie hierbo toon 'n eenvoudige voorbeeld met slegs 4 by 4 selle (moderne DRAM kan bestaan uit duisende selle in lengte sowel as breedte). 'n Leesbewerking gebeur as volg: die ry waarin die gekose sel hom bevind word geaktiveer deur al die transistors aan te skakel en die kapasitore van daardie ry aan sensorlyne te verbind. Die sensorlyne loop tot by die seinversterkers, wat kan onderskei tussen 'n gestoorde 0 of 'n 1. Die versterkte waarde vanaf die betrokke kolom word dan geselekteer en aan die uitset verbind. Aan die einde van 'n leessiklus moet die rywaardes op die kapasitors, wat tydens die leesbewerking ontlaai is, weer herstel word. Hierdie skryfbewerking word gedoen deur die ry te aktiveer en die waardes wat geskryf moet word aan die sensorlyne te verbind, wat daartoe lei dat die kapasitore weer na hul verlangde waardes herlaai word. Tydens 'n skryfbewerking na 'n spesifieke sel word die hele ry uitgelees, een waarde verander en word die hele ry weer teruggeskryf, soos aangetoon in die beeld aan die regterkant.

Tipies spesifiseer vervaardigers dat elke ry ongeveer elke 64 ms of minder verfris moet word alvorens die JEDEC standaard geld. Herlaailogika word tipies met DRAMs gebruik om die periodiese verfrissing te outomatiseer. Dit maak die stroombaan meer ingewikkeld maar die goedkoper prys en hoër kapasiteit van DRAM bo SRAM vergoed gewoonlik vir hierdie nadeel. Sommige stelsels verfris elke ry in 'n nou kring wat elke 64 ms plaasvind. Ander stelsels verfris een ry op 'n slag -- 'n stelsel met 2¹³ = 8 192 rye sal byvoorbeeld 'n herlaaitempo van een ry elke 7.8 µs (64ms /8192 rye) verg. Beide stelsels vereis 'n soort teller om tred te hou met die volgende ry wat herlaai moet word. Sommige DRAM-skywe sluit daardie teller in; ander soorte gebruik 'n eksterne herlaailogika wat daardie teller huisves. (Onder sommige toestande kan die meeste data in DRAM herwin word, selfs al was die DRAM vir etlike minute lank nie verfris nie [1] Geargiveer 26 Mei 2006 op Wayback Machine.)

Sommige navorsing het aangetoon dat die meerderheid willekeurige ("sagte") foute in DRAM-skywe voorkom weens kosmiese straling wat die inhoud van een of meer geheueselle kan beïnvloed of storings kan veroorsaak in die stroombane wat gebruik word om na hulle te lees/skryf. Daar word gespekuleer dat met die toenemend hoër digthede en laer spannings die invloed van die soort straling meer dikwels kan voorkom. Aan die ander kant word daar gereken dat die kleiner selle moeiliker teikens sal wees vir die soort strale en dat nuwer tegnologieë soos SOI die indiwiduele selle minder vatbaar kan maak en dus hierdie neiging sal teenwerk.

Die probleme van storings kan teëgewerk word deur DRAM-modules te gebruik wat ekstra geheuebisse en geheuebeheerders bevat om hierdie bisse te benut. Hierdie ekstra bisse word gebruik om pariteit te stoor of om 'n foutregstellende kode te gebruik. Pariteit in die bisse bewerkstellig die opsporing van 'n enkelbisfout. Die mees algemene foutregstellende kode, die Hamming kode, verwesentlik die regstelling van 'n enkelbisfout (in die gewone konfigurasie met 'n ekstra pariteitsbis) benewens opsporing van dubbelbisfoute. Die meeste moderne mikrobeheerders ondersteun deesdae tipies foutopsporing en regstelling in hul geheue.

Geheuebeheerders in die meeste moderne persoonlike rekenaars kan tipies 'n enkelbisfout per 64 bis "woord" (die eenheid waarteen busse data oordra) regstel en dubbelbisfoute per 64 bis woord opspoor (maar nie regstel nie). Die BIOS van sommige rekenaars en bedryfstelsels soos Linux laat ook die tel van opgespoorde- en reggestelde foute toe, deels om falende geheuemodules uit te wys alvorens 'n katastrofiese faling voorkom. Ongelukkig word baie geheuemodules deesdae vir persoonlike rekenaars voorsien wat nie voorsiening maak vir pariteitsbisse nie. Foutsporing en regstelling berus hoofsaaklik op die aanname dat die falings in elke bis onafhanklik is en dat gelyktydige foute dus onwaarskynlik is. Hierdie aanname was akkuraat vir die eenbis-wye busse van ouer geheueskywe maar is minder waar vir huidige geheuemodules waar die geheuebus baie bisse breed is. Hierdie swakheid word oor die algemeen nie aangespreek nie buiten in die geval van Chipkill.

Fast Page Mode DRAM of FPM DRAM werk op die beginsel dat 'n ry van die DRAM "oop" gehou word sodat opeenvolgende lees- en skryfbewerkinge binne in 'n ry nie vertraag word deur die vooraflaai en die voorbereiding vir toegang nie. Dit verhoog die werkverrigting van die stelsel wanneer sarsies data gelees of geskryf word.

Statiese kolom is 'n variasie van page mode waar die kolom se adres nie ingesein hoef te word nie.

Nibble mode is 'n ander variant waar toegang tot vier opeenvolgende liggings binne 'n ry verkry kan word.

Video-DRAM of VRAM is 'n dubbelpoort weergawe van DRAM wat voorheen gebruik is vir grafiese aansluiters. Dit is nou bykans verouderd en is grootliks vervang met SDRAM en SGRAM. VRAM het twee paaie (of poorte) na sy geheuematriks waartoe daar gelyktydig toegang verkry kan word.

Die eerste poort, die DRAM-poort, word op dieselfde wyse oopgemaak as gewone DRAM. Die tweede poort, die video poort, is 'n lees-alleen poort en is daaraan toegewy om 'n vinnige stroom data na die skerm te lewer. Om die videopoort te gebruik moet die beheerder eers die DRAM-poort gebruik om 'n ry van die geheuematriks wat vertoon moet word selekteer. Die VRAM kopieer dan die hele ry na 'n interne skuifregister. Die beheerder kan dan voortgaan om die DRAM-poort te gebruik om voorwerpe op die skerm te teken.

Intussen voer die beheerder 'n klok, wat die skuifklok genoem word, na die VRAM se videopoort. Elke skuifklokpuls veroorsaak dat die VRAM die volgende item data vanaf die skuifregister na die videopoort lewer in streng adresvolgorde. Vir eenvoud word die grafiese aansluiter gewoonlik so ontwerp dat die inhoud van 'n ry, en daarom die inhoud van die skuifregister, ooreenstem met 'n volledige horisontale lyn op die skerm.

Window-RAM of WRAM is 'n verouderde tipe halfgeleier-rekenaargeheue wat ontwerp was om VRAM te vervang. Dit is deur Samsung ontwikkel en ook deur Micron Technology bemark, maar het 'n kort markleeftyd gehad voordat dit met SDRAM en SGRAM vervang is.

WRAM het 'n dubbelpoort dinamiese struktuur soortgelyk aan VRAM gehad, met een parallelle poort en een seriepoort, maar het ekstra eienskappe gehad om vinnige blokkopiëring en blokopvullings te bewerkstellig (sogenaamde window verwerkings). Dit het dikwels teen 50 MHz geloop. Dit het 'n 32-bis breë gasheerpoort gehad om optimale data-oordrag in PCI en VESA Local Bus stelsels te verseker. Tipiese WRAM was 50% vinniger as VRAM maar het steeds 20% goedkoper gekos.

EDO-DRAM is soortgelyk aan Fast Page Mode DRAM met die bykomende eienskap dat 'n nuwe toegangssiklus aan die gang gesit kan word terwyl die data-uitset van die vorige siklus nog aktief is. Dit laat 'n sekere mate van oorvleueling tydens die bedryf toe (pipelining) en laat 'n ietwat hoër spoed toe. Dit was 5% vinniger as FPM-DRAM, wat dit vanaf 1993 begin vervang het.

Enkelsiklus EDO het die vermoë om 'n volledige geheuetransaksie in 'n enkele kloksiklus te voltooi. Andersins neem elke opeenvolgende geheuetoegangsbewerking binne dieselfde bladsy twee kloksiklusse in stede van drie wanneer die bladsy eers geselekteer is. EDO se spoed en vermoëns het dit in staat gestel om die vlak 2 kasgeheue van persoonlie rekenaars te vervang. Enkelsiklus EDO DRAM het baie gewild geword op videokaarte teen die einde van die 1990's. Dit was baie kostedoeltreffend, dog byna net so doeltreffend as die veel duurder VRAM.

'n Ewolusionêre ontwikkeling van bogenoemde variant was die Burst EDO DRAM wat soveel as vier geheue-adresse in een sarsie kon verwerk wat 'n addisionele drie kloksiklusse meer as optimaal ontwerpte EDO-geheue bespaar het. Dit is gedoen deur 'n adresteller op die skyf te plaas om tred te hou van die volgende adres. BEDO het ook 'n pyplyn-stadium bygevoeg wat die verdeling van die bladtoegangsiklus in twee komponente gefasiliteer het. Tydens 'n leesbewerking het die eerste komponent die data vanaf die eerste geheuematriks na die tweede stadium ingelees. Die tweede komponent het die databus vanaf hierdie stadium teen die geskikte vlak van logika aangedryf. Aangesien data reeds in die uitsetbuffer gelaai was, is vinniger toegangstye verkry (soveel as 50% vir groot blokke data) as die tradisionele EDO.

Ten spyte daarvan dat BEDO DRAM soveel addisionele optimisering bo dié van EDO bereik het, het die mark ten tye van die beskikbaarstelling reeds betekenisvolle skuiwe ten gunste van sinkrone DRAM of SDRAM gemaak, al was BEDO DRAM tegnies beter as SDRAM.

Multibank DRAM gebruik die invlegtegniek vir hoofgeheue vir tweede vlak kasgeheue om 'n goedkoper en vinniger alternatief tot SRAM te bied. Die skyf skei die geheuekapasiteit in klein blokke van 256 kilogrepe (kG) en laat bewerkings op twee verskillende banke tydens 'n enkele kloksiklus toe.

Hierdie geheue is primêr in grafiese kaarte met Tseng Labs ET6x00 skywe gebruik en is deur MoSys vervaardig. Borde wat op hierdie skywe gebaseer is het dikwels die ongewone geheuegrootte konfigurasie van 2.25 MG gebruik vanweë MDRAM se vermoë om makliker in verskillende groottes geïmplementeer te kon word. Hierdie grootte het dan ook die gewilde 24-bis kleur teen 'n resolusie van 1024X768, 'n baie gewilde skermresolusie op daardie tydstip, moontlik gemaak.

• (en) Basic DRAM operation, 'n artikel met interessante geskiedkundige grafieke met tendense oor selgroottes en DRAM-digtheid -- dit gaan egter slegs tot en met 1995.
• (en) Back to Basics - Memory, part 3
• (en) Verduidelik die voordele van Chipkill-Correct Foutregstelling vir PR Bedieners se Hoofgeheue
• Tezzaron Semiconductor Soft Error White Paper Geargiveer 15 Junie 2004 op Wayback Machine 'n 1994 oorsig oor die literatuur rondom die metings van die tempo waarteen geheuefoute voorkom.
• (en) Soft errors' impact on system reliability Geargiveer 16 April 2007 op Wayback Machine - Ritesh Mastipuram and Edwin C Wee, Cypress Semiconductor, 2004
• (en) Scaling and Technology Issues for Soft Error Rates Geargiveer 3 November 2004 op Wayback Machine - A Johnston - 4th Annual Research Conference on Reliability, Stanford-universiteit, Oktober 2000
• (en) Challenges and future directions for the scaling of dynamic random-access memory (DRAM) - J. A. Mandelman, R. H. Dennard, G. B. Bronner, J. K. DeBrosse, R. Divakaruni, Y. Li, en C. J. Radens, IBM 2002
• (en) RAM guide