تحديث الذاكرة
المحتويات
بدايةً، تحديث الذاكرة هو عملية قراءة المعلومات بصورة دورية من منطقة معينة في ذاكرة الحاسوب، ثم إعادة كتابة المعلومات المقروءة فورًا إلى نفس المنطقة دون إجراء أي تعديل، وذلك بهدف حفظها. يُعد تحديث الذاكرة بمثابة عملية صيانة تجري في الخلفية أثناء تشغيل ذاكرة الوصول العشوائي الحركية، والتي تُعتبر أكثر أنواع ذواكر الحاسوب استخدامًا، بل إن الوصول العشوائي للبيانات المخزنة يُعدّ سمة مميزة لهذه الفئة من ذواكر أشباه الموصلات. ونتناول فيما يلي مزيدًا من التفاصيل.
وفي هذا السياق، تُخزَّن كل بت من بيانات الذاكرة في ذاكرة الوصول العشوائي الحركية على هيئة شحنة كهربائية إما أن تكون موجودة (وقيمتها في هذه الحالة تساوي 1) أو غير موجودة (وقيمتها في هذه الحالة تساوي 0) على مكثف صغير يقع على رقاقة الذاكرة. وبمرور الوقت، تتسرب الشحنات الكهربائية من خلايا الذاكرة، وبالتالي؛ سوف تُفقد البيانات المخزنة في النهاية ما لم يتم تحديثها وإعادة حفظها من آن لآخر. ولتفادي فقد البيانات من خلايا الذاكرة، تقوم دوائر خارجية بقراءة كل خلية دوريًا وإعادة كتابتها مرة أخرى، مما يُعيد شحنة المكثف إلى مستواها الأصلي. تُحدِّث كل دورة تحديث منطقةً تالية من خلايا الذاكرة، وبالتالي؛ فإن جميع الخلايا الموجودة على رقاقة الذاكرة تُحدّث بشكل متكرر في دورة متتالية. عادةً ما تُجري دوائر الذاكرة هذه العملية بصورة تلقائية في الخلفية بحيث تكون غير مرئية للمستعمل. عانت الأنواع القديمة من ذواكر أشباه الموصلات من بعض الجوانب السلبية، حيث لا تكون الذاكرة متاحة لعمليات القراءة والكتابة العادية في أثناء دورة التحديث، ولكن في الأنواع الحديثة من الذواكر، لم تعُد دورات تحديث الذاكرة تُشكل عبئًا كبيرًا إلى الحد الذي يُمكن أن يتسبب في إبطاء عمل الذاكرة بشكل ملحوظ.
من جانب آخر، لا تتطلب ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة إجراء مثل هذا النوع من التحديثات الدورية. فعلى عكس خلية ذاكرة الوصول العشوائي الحركية التي تتألف من ترانزستور واحد ومكثف واحد، فإنّ خلية ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة تتكون من أربعة إلى ستة ترانزستورات. وبالتالي؛ تتطلب دوائرها مساحة أكبر على رقاقة الذاكرة، لذلك تكون كثافة البيانات المخزنة على رقاقة ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة أقل بكثير، مقارنةً بكثافة البيانات المخزنة على رقاقة ذاكرة الوصول العشوائي الحركية، مما يجعل سعر ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة أعلى لكل بت. لذلك، تُستعمل ذاكرة الوصول العشوائي الحركية كذاكرة رئيسية في أجهزة الحواسب، ومشغلات ألعاب الفيديو، ووحدات معالجة الرسومات، والتطبيقات التي تتطلب سعات كبيرة وتكلفة منخفضة. على الرغم من أن حاجة ذواكر الوصول العشوائي الحركية إلى التحديث باستمرار تجعلها أكثر تعقيدًا من حيث التصميم، فإنّ المزايا التي توفرها من حيث كثافة البيانات المخزنة والتكلفة الإجمالية المنخفضة تبرر هذا التعقيد.
أنواع دوائر التحديث
في هذا الإطار، كان المعالج الصغري في بعض الأنظمة الحاسوبية القديمة يتحكم في تحديث الذاكرة من خلال مؤقت يُفعّل مقاطعة دورية لتشغيل روتين فرعي يُنفّذ التحديث، ولكن هذا كان يعني عدم إمكانية إيقاف تشغيل المعالج الصغري مؤقتًا، أو تهيئته للتنفيذ خطوة بخطوة، أو تشغيله في وضع الإسبات لتوفير الطاقة دون إيقاف عملية التحديث وفقدان البيانات المخزنة في الذاكرة. أما في الأنظمة الحديثة، فتتم إدارة عمليات التحديث من خلال دوائر موجودة في وحدة تحكم الذاكرة، والتي قد تكون مُدمجة في رقاقة الذاكرة نفسها. تحتوي رقاقات ذاكرة الوصول العشوائي الحركية المتخصصة، مثل ذاكرة الوصول العشوائي شبه الساكنة، على جميع دوائر التحديث مُثبتة على الرقاقة، ويعمل هذا النوع من الذواكر بآلية مماثلة لذاكرة الوصول العشوائي الساكنة بالنسبة لبقية أجزاء الحاسوب.
آلية العمل
علاوةً على ذلك، ولضمان تحديث كل خلية خلال فترة التحديث، يجب على دائرة التحديث تنفيذ دورة تحديث على كل صف من صفوف رقاقة الذاكرة خلال هذه الفترة.
وفي السياق ذاته، في عملية التحديث، لا يلزم سوى عنوان الصف، لذا لا حاجة لتطبيق عنوان العمود على دوائر عناوين الرقاقة.
وفي السياق ذاته، تُشبه دورة التحديث دورة القراءة، ولكنها تُنفّذ بشكل أسرع لسببين:
وعلى صعيد آخر، يجب تحديث كل خلية ذاكرة من خلايا ذاكرة الوصول العشوائي الحركية أثناء التشغيل بشكل متكرر في نطاق الحد الأقصى للفترة الزمنية الفاصلة بين عمليات التحديث التي يحددها المصنّع، والتي عادةً ما تبلغ أجزاءًا من الألف من الثانية. ولا تستعمل تلك التحديثات عمليات الذاكرة العادية (دورات القراءة والكتابة) للوصول إلى البيانات المراد إعادة حفظها، بل تستعمل بدلًا من ذلك دورات متخصصة تُعرف بدورات التحديث، والتي تُولّدها دوائر عدّ منفصلة، وتتخلل عمليات الوصول العادية إلى الذاكرة. ولتخزين البيانات، تُرتب خلايا الذاكرة على رقاقة الذاكرة في مصفوفة مستطيلة تتكون من صفوف وأعمدة. تُعتبر عملية القراءة في ذاكرة الوصول العشوائي الحركية عملية مُتلفة، حيث تُزيل الشحنات الكهربائية من خلايا الذاكرة في الصف بالكامل. ولحفظ البيانات مؤقتًا وتفادي إزالتها يكون هُناك عمودًا من المُثبّتات الخاصة التي تُعرف بمُضخّمات الإشارة، مُثبّتًا على الرقاقة بحيث يُخصص مضخم إشارة واحد لكل عمود من خلايا الذاكرة. تقوم مضخمات الإشارة أثناء عملية القراءة العادية، بعد قراءة البيانات وحفظها، بإعادة كتابة البيانات في الصف الذي تم الوصول إليه. ويسمح هذا الترتيب لعمليات القراءة العادية على الرقاقة بتحديث صف كامل من الذاكرة بالتوازي، مما يُسرّع عملية التحديث بشكل ملحوظ. على الرغم من أن دورة القراءة أو الكتابة العادية تُحدّث صفًا من الذاكرة، إلا أنه لا يُمكن الاعتماد على عمليات الوصول العادية للذاكرة للوصول إلى جميع الصفوف في الوقت اللازم، مما يستدعي إجراء عملية تحديث منفصلة. وبدلًا من استخدام دورة القراءة العادية في عملية التحديث، ولتوفير الوقت، تُستعمل دورة تحديث مُختصرة.
ومن ناحية أخرى، لا تتطلب عمليات التحديث نقل البيانات المقروءة من الخلايا إلى مخازن الإخراج أو ناقل البيانات لإرسالها إلى وحدة المعالجة المركزية على عكس ما يحدث في دورات القراءة العادية.
📝 هل في هذه المقالة خطأ؟
إذا وجدت معلومة تحتاج تصحيحاً أو إضافة، أو أردت حذف المقالة، أرسل لنا طلباً وسنراجعه.
ما رأيك في هذه المقالة؟