Что такое ошибка четности оперативной памяти

Проверка чётности (Parity) и ЕСС для определения ошибок оперативной памяти компьютера.

Содержание:

1 Parity Checking (Проверка четности)
- 1.1 Как работает Parity Checking Works
2 ECC

Parity Checking (Проверка четности)

Один из установленных для отрасли стандартов IBM заключается в том, что в банке чипа памяти находятся девять бит данных: 8 бит на символ плюс 1 дополнительный бит, называемый бит чётности.

Бит чётности позволяет схеме управления памятью следить за другими 8 битами — встроенной перекрёстной проверкой целостности каждого байта в системе.

Первоначально все ПК-системы, для обеспечения точности, использовали память с проверкой чётности. Но, начиная с 1994 года, большинство поставщиков стали продавать системы без проверки на чётность и любые другие способы обнаружения или исправления ошибок «на лету». В этих системах использовались более дешёвые nonparity модули, которые экономили на стоимости памяти для системы около 10% -15%.

Parity память приводит к увеличению первоначальной стоимости системы, в первую очередь из-за дополнительных бит памяти. Parity не может исправить системные ошибки, но поскольку чётность может обнаруживать ошибки, она может информировать пользователя об этих ошибках памяти, когда они происходят.

С тех пор Intel, AMD и другие производители поставляют поддержку памяти ECC, в основном на серверных чипсетах и процессорах. Чипсеты и процессоры для систем стандартного рабочего стола или ноутбука обычно не поддерживают parity или ECC.

Как работает Parity Checking Works

IBM, для проверки ошибок, первоначально установила стандарт чётности. Попробуем объяснить, что подразумевается под нечётным паритетом.

Поскольку в памяти, в байте хранятся 8 отдельных бит, генератор проверки чётности, который является либо частью ЦП, либо расположен в специальном чипе на материнской плате, оценивает биты данных способом суммирования числа в 1 байте.

Если найдено чётное число, генератор проверки чётности создаёт 1 и сохраняет его как девятый бит (бит чётности) в чипе памяти чётности. Сумма для всех 9 бит (включая бит чётности), даёт нечётное число.

Если исходная сумма из 8 бит данных — нечётное число, созданный бит чётности будет 0, сохраняя сумму для всех 9 бит нечётным числом. Основное правило заключается в том, что значение бит чётности всегда выбирается так, чтобы сумма всех 9 бит (8 бит данных плюс 1 бит чётности) хранилась как нечётное число.

Если бы система использовала чётность, пример был бы таким же, за исключением того, что бит чётности был бы создан для обеспечения чётной суммы. Не имеет значения, используется ли чётное или нечётное соотношение. Система использует то или другое и полностью прозрачна для чипов памяти.

Помните, что 8 бит данных в байте нумеруются 0 1 2 3 4 5 6 7.

Для понимания приведём следующие примеры:

Бит данных: 0 1 2 3 4 5 6 7 Бит чётности

Значение бита данных: 1 0 1 1 0 0 1 1 0

В этом примере, поскольку общее количество бит данных со значением 1 — нечётное число (5), чтобы обеспечить нечётную сумму для всех 9 бит, бит чётности должен иметь значение 0.

Вот другой пример:

Бит данных: 0 1 2 3 4 5 6 7 Бит чётности

Значение бита данных: 1 1 1 1 0 0 1 1 1

В этом примере потому что общее количество битов данных со значением 1 — чётное число (6), бит чётности для создания нечётной суммы всех 9 битов, должен иметь значение 1.

Когда система считывает память обратно из хранилища, он проверяет информацию о чётности. Если байт (9-бит) имеет чётное количество бит, байт должен иметь сообщение об ошибке.

Система не может определить какой бит изменился и изменился ли только один бит. Например, если было изменено 3 бита, байт по-прежнему отметит ошибку проверки чётности. Однако, если изменились 2 бита, плохой байт может пройти незамеченным. Поскольку множественные битовые ошибки (в одном байте) редки, эта схема даёт разумное и недорогое указание на состояние памяти.

ECC

ECC — большой шаг за пределы обнаружения простых ошибок чётности. Вместо простого обнаружения ошибок, ECC позволяет исправлять одну битовую ошибку, что означает, система может продолжать работать без перерыва и без искажения данных.

Реализованное в большинстве ПК — ECC, может только обнаружить, не правильные, двухбитовые ошибки. Так как исследования показали, что примерно 98% ошибок памяти однобитовые, наиболее часто используемый тип ECC — это тот, в котором контроллер памяти обнаруживает и исправляет в доступных данных однобитовые ошибки. (Двухбитовые ошибки могут быть обнаружены, но не скорректированы.)

ECC

Этот тип ECC известен как исправление однобитовых ошибок с обнаружением двухбитовых ошибкой (SEC-DED) и требует дополнительных 7 проверочных бит над 32 битами в 4- байтовую систему и ещё 8 контрольных битов на 64 бита в 8-байтовой системе

Если в системе используется SIMM, для каждого банка добавляются два 36-битных (чётность) SIMM, которые составляют 72 бита, и ECC — на уровне банка. Если система использует DIMM, в качестве банка используется один 72-разрядный DIMM с контролем чётности/ECC и предоставляет дополнительные биты.

RIMM, в зависимости от чипсета и материнской платы, устанавливаются в одиночку или в парах. Если требуется чётность/ECC, они должны быть 18-битными версиями.

ECC предполагает, что контроллер памяти вычисляет контрольные биты в операции записи в память. Выполняет сравнение между считываемыми и вычисленными контрольными битами в операции чтения и, при необходимости, исправляя неправильные биты.

Дополнительная логика ECC в контроллере памяти не очень значительна в этой недорогой высокопроизводительной логике VLSI, но ECC фактически влияет на производительность памяти при записи.

Это связано с тем, что операция должна быть рассчитана на ожидание вычисления контрольных битов и, когда система дожидается исправленных данных, чтения. При написании части слова все слово должно быть сначала прочитано, пострадавший байт(ы) переписан, а затем вычислены новые контрольные биты. Это превращает операции замещения части слова в более медленную чтение-изменение записи. К счастью, удар по производительности небольшой, порядка нескольких процентов, поэтому компромисс для повышения надёжности хороший.

Большинство ошибок памяти имеют однобитовый характер, который ECC может исправить. Включение этого отказоустойчивого метода обеспечивает высокую надёжность системы и доступность обслуживания.

Система на базе ECC хороший выбор для серверов, рабочих станций или критически важных приложений, в которых стоимость потенциальной ошибки памяти перевешивает дополнительную память и стоимость исправления системы, а также гарантирует, что она не будет снижать надёжность системы.

К сожалению, большинство стандартных настольных и переносных ПК, материнских плат (чипсетов) и модулей памяти не поддерживают ECC.

Если вы хотите поддерживающую ECC систему, убедитесь, что все задействованные компоненты поддерживают ECC. Обычно это означает покупку более дорогих процессоров, материнских плат и оперативной памяти, предназначенных для серверных или высокопроизводительных приложений для рабочих станций.

Источник

Четность RAM проверка — это хранение избыточный бит четности представляющий паритет (нечетное или четное) небольшого количества компьютерных данных (обычно один байт), хранящихся в оперативная память, и последующее сравнение сохраненной и вычисленной четности с определить, произошла ли ошибка данных.

Бит четности изначально хранился в дополнительных отдельных микросхемах памяти; с введением подключаемых модулей DIMM, SIMM и т. д. они стали доступны без четности и с четностью (с дополнительным кусочек на байт, сохраняя 9 бит на каждые 8 бит фактических данных) версии.

История

30-контактный SIMM модули памяти с 9-ю однобитными микросхемами памяти. Девятая микросхема используется для хранения четности.

Ранние компьютеры иногда требовали использования ОЗУ с проверкой четности, и проверку четности нельзя было отключить. Ошибка четности обычно приводила к остановке машины с потерей несохраненных данных; обычно это лучший вариант, чем сохранение поврежденных данных. ОЗУ с логической четностью, также известное как ОЗУ с поддельной четностью, это ОЗУ без четности, которое можно использовать в компьютеры которые требуют четности RAM. ОЗУ логической четности пересчитывает всегда действующий бит четности каждый раз, когда байт считывается из памяти, вместо того, чтобы сохранять бит четности при записи в память; вычисленный бит четности, который не покажет, были ли данные повреждены (отсюда и название «поддельная четность»), предоставляется логике проверки четности. Это способ использования более дешевой 8-битной RAM в системе, предназначенной для использования только 9-битной RAM.

Ошибки памяти

В 1970-80-е годы надежность ОЗУ часто была не идеальной; в частности, модули DRAM 4116, которые были промышленным стандартом с 1975 по 1983 год, имели значительную частоту отказов, поскольку они использовали тройное напряжение (-5, +5 и +12), что приводило к высоким рабочим температурам. К середине 1980-х они уступили место DRAM с одним напряжением, таким как 4164 и 41256, что привело к повышению надежности. Однако до 1990-х годов ОЗУ не соответствовало современным стандартам надежности. С тех пор ошибки стали менее заметными, поскольку простая ОЗУ с проверкой четности вышла из употребления; либо они невидимы, поскольку не обнаруживаются, либо исправляются невидимо с помощью ОЗУ ECC. Современная оперативная память с большим основанием считается надежной, а оперативная память для обнаружения ошибок в значительной степени вышла из употребления для некритичных приложений. К середине 1990-х годов большая часть DRAM отказалась от проверки четности, поскольку производители были уверены, что в ней больше нет необходимости. Некоторые машины, поддерживающие четность или ECC, позволяют включать или отключать проверку в BIOS, что позволяет использовать более дешевую оперативную память без четности. Если используется ОЗУ с проверкой четности, то набор микросхем обычно использует ее для исправления ошибок, а не останавливает машину на однобитовой ошибке четности.

Однако, как говорилось в статье о Память ECC, ошибки, хотя и не повседневные события, не так уж редки. Даже при отсутствии производственных дефектов естественное излучение вызывает случайные ошибки; тесты на Google Многие серверы обнаружили, что ошибки памяти не были редкими событиями и что частота ошибок памяти и диапазон частот ошибок для разных модулей DIMM были намного выше, чем сообщалось ранее.^[1]

Исправление ошибки

Простой идти / не идти проверка четности требует, чтобы в памяти были дополнительные избыточные биты помимо тех, которые необходимы для хранения данных; но если доступны дополнительные биты, их можно использовать как для исправления, так и для обнаружения ошибок. Ранее использовавшаяся память, например, в IBM PC / AT (FPM и EDO память) были доступны в версиях, которые не поддерживали проверку или проверку четности^[2] (в более ранних компьютерах, которые использовали отдельные чипы RAM, а не DIMM или же SIMM модули, для хранения битов четности использовались дополнительные микросхемы); если компьютер обнаружил ошибка четности он отобразит сообщение об этом и остановится. В SDRAM и DDR модули, которые заменили более ранние типы, обычно доступны либо без проверки ошибок, либо с ECC (полное исправление, а не только контроль четности).^[2]

Пример однобитовой ошибки, которая будет проигнорирована системой без проверки ошибок, остановит машину с проверкой четности или будет незаметно исправлена ECC: один бит застревает на 1 из-за неисправного чипа, или становится 1 из-за фона или космического излучения; загружается электронная таблица, хранящая числа в формате ASCII, и число «8» сохраняется в байте, который содержит застрявший бит в качестве восьмого бита; затем в электронную таблицу вносится еще одно изменение, и она сохраняется. Однако цифра «8» (00111000 двоичная) превратилась в «9» (00111001).

Если сохраненная четность отличается от четности, вычисленной на основе сохраненных данных, по крайней мере, один бит должен быть изменен из-за повреждения данных. Необнаруженные ошибки памяти могут иметь результаты от необнаруживаемых и без последствий до необратимого повреждения хранимых данных или сбоя компьютера. В случае домашнего ПК, где целостность данных часто воспринимается как не имеющая большого значения — конечно, верно, скажем, для игр и просмотра веб-страниц, в меньшей степени для интернет-банкинга и домашних финансов — память без контроля четности является доступным вариантом. Однако, если требуется целостность данных, память с проверкой четности остановит работу компьютера и предотвратит влияние поврежденных данных на результаты или сохраненные данные, хотя при этом будут потеряны промежуточные не сохраненные данные и не будет использоваться до тех пор, пока неисправная RAM не будет заменена. За счет некоторых вычислительных накладных расходов, которые незначительно влияют на современные быстрые компьютеры, обнаруженные ошибки могут быть исправлены — это становится все более важным на сетевых машинах, обслуживающих множество пользователей.

ОЗУ типа ECC

RAM с ECC или же Код исправления ошибок может обнаружить и исправить ошибки. Как и в случае с ОЗУ с проверкой четности, необходимо хранить дополнительную информацию и выполнять дополнительную обработку, что делает ОЗУ с ECC более дорогим и немного медленнее, чем ОЗУ без проверки четности и логической четности. Этот тип Память ECC особенно полезен для любого приложения, где время безотказной работы является проблемой: биты с ошибками в слове памяти обнаруживаются и исправляются на лету, не влияя на приложение. Возникновение ошибки обычно регистрируется операционной системой для анализа техническим ресурсом. В случае, если ошибка повторяется, время простоя сервера можно запланировать для замены неисправного блока памяти. Этот механизм обнаружения и исправления известен как ЕЭС или же Расширенная коррекция ошибок.

Смотрите также

Обнаружение и исправление ошибок DRAM

Ошибки четности памяти

Содержание

1 Случайное появление
2 Проблема с новой памятью
3 Плохой удлинитель или источник питания
4 Плохая память
5 Плохая материнская плата

Случайное появление

Как и вся электроника, это может быть случайным явлением. Если это происходит часто, как и при любой другой загрузке, мы рекомендуем попробовать приведенные ниже решения.

Проблема с новой памятью

Память компьютера ака RAM Если вы недавно добавили новую память на компьютер, временно удалите эту память, чтобы убедиться, что она не вызывает ваших проблем. Различные бренды, скорости памяти или типы памяти могут конфликтовать и вызывать ошибки четности.

Плохой удлинитель или источник питания

Попробуйте использовать другую розетку или удлинитель, так как компьютер может не получать надлежащую непрерывную подачу питания.

Плохая память

Убедитесь, что память не плохая, либо заменив ее, либо связавшись с производителем для замены.

Плохая материнская плата

Возможно, произошел сбой соединения с памятью материнской платы или другого компонента на материнской плате, в результате чего память не была обнаружена.

Источник

Оперативная память

Подробности: Родительская категория: Оперативная память; Категория: Прочая информация про оперативную память

Ошибки при хранении информации в оперативной памяти неизбежны. Они обычно классифицируются как аппаратные отказы и нерегулярные ошибки (сбои).

Если нормально функционирующая микросхема вследствие, например, физического повреждения начинает работать неправильно, то это называется аппаратным отказом. Чтобы устранить данный тип отказа, обычно требуется заменить некоторую часть аппаратных средств памяти, например неисправную микросхему, модуль SIMM или DIMM.

Другой, более коварный тип отказа — нерегулярная ошибка (сбой). Это непостоянный отказ, который не происходит при повторении условий функционирования или через регулярные интервалы. (Такие отказы обычно “лечатся” выключением питания компьютера и последующим его включением.)

Приблизительно 20 лет назад сотрудники Intel установили, что причиной сбоев являются альфа-частицы. Поскольку альфа-частицы не могут проникнуть даже через тонкий лист бумаги, выяснилось, что их источником служит вещество, используемое в полупроводниках. При исследовании были обнаружены частицы тория и урана в пластмассовых и керамических корпусах микросхем, применявшихся в те годы. Изменив технологический процесс, производители памяти избавились от этих примесей.

В настоящее время производители памяти почти полностью устранили источники альфачастиц. Например, сбои в памяти емкостью 16 Мбайт из-за альфа-частиц случаются в среднем только один раз в 16 лет! В связи с этим многие производители модулей памяти исключили из своей продукции поддержку проверки четности, несмотря на то что от сбоев памяти не удалось избавиться полностью. Более поздние исследования показали, что альфа-частицы охватывают лишь малую долю причин сбоев памяти.

Сегодня самая главная причина нерегулярных ошибок — космические лучи. Поскольку они имеют очень большую проникающую способность, от них практически невозможно защититься с помощью экранирования. Этот тезис был подтвержден рядом исследований, проведенных компанией IBM под руководством доктора Дж.Ф. Зиглера.

Эксперимент по проверке степени влияния космических лучей на появление ошибок в работе микросхем показал, что соотношение “сигнал–ошибка” (Signal-to-Error Ratio — SER) для некоторых модулей DRAM составило 5950 единиц интенсивности отказов (Failure Units — FU) на миллиард часов наработки для каждой микросхемы. Измерения проводились в условиях, приближенных к реальным, с учетом длительности в несколько миллионов машино-часов. В среднестатистическом компьютере это означало бы появление программной ошибки памяти примерно каждые шесть месяцев. В серверных системах или мощных рабочих станциях с большим объемом установленной оперативной памяти подобная статистика указывает на одну ошибку (или даже более) в работе памяти каждый месяц! Когда тестовая система с теми же модулями DIMM была размещена в надежном убежище на глубине более 15 метров под слоем каменной породы, что полностью устраняет влияние космических лучей, программные ошибки в работе памяти вообще не были зафиксированы. Эксперимент продемонстрировал не только опасность влияния космических лучей, но и доказал, насколько эффективно устранять влияние альфалучей и радиоактивных примесей в оболочках модулей памяти.

Ошибки, вызванные космическими лучами, представляют большую опасность для модулей SRAM, чем для DRAM, поскольку заряд, необходимый для хранения одного бита в ячейке SRAM, гораздо меньше емкости конденсатора в DRAM. Космические лучи также представляют большую опасность для микросхем памяти с повышенной плотностью. Чем выше плотность ячеек памяти, тем выше вероятность того, что космический луч заденет такую ячейку. Было доказано, что вероятность ошибки в микросхеме DRAM емкостью 64 Мбайт вдвое выше, чем в аналогичной микросхеме емкостью 16 Мбайт; а в микросхеме DRAM емкостью 256 Мбайт этот показатель и вовсе в четыре раза выше. Таким образом, с ростом объема памяти увеличивается и частота ошибок.

К сожалению, производители ПК не признали это причиной погрешностей памяти; случайную природу сбоя намного легче оправдать разрядом электростатического электричества, большими выбросами мощности или неустойчивой работой программного обеспечения (например, использованием новой версии операционной системы или большой прикладной программы).

Исследования показали, что для систем ECC доля программных ошибок в 30 раз больше, чем аппаратных. И это неудивительно, учитывая вредное влияние космических лучей. Количество ошибок зависит от числа установленных модулей памяти и их объема. Программные ошибки могут случаться и раз в месяц, и несколько раз в неделю, и даже чаще!

Хотя космические лучи и радиация являются причиной большинства программных ошибок памяти, существуют и другие факторы.

Скачки в энергоснабжении или шум на линии. Причиной может быть неисправный блок питания или настенная розетка.
Использование памяти с некорректным типом или характеристиками. Тип памяти должен поддерживаться конкретным набором микросхем и обладать определенной этим набором скоростью доступа.
Электромагнитные помехи. Связана с расположением радиопередатчиков рядом с компьютером, что иногда приводит к генерированию паразитных электрических сигналов в монтажных соединениях и схемах компьютера. Имейте в виду, что беспроводные сети, мыши и клавиатуры увеличивают риск появления помех.
Статические разряды. Вызывают моментальные скачки в энергоснабжении, что может повлиять на целостность данных.
Ошибки синхронизации. Не поступившие своевременно данные могут стать причиной появления программных ошибок. Зачастую причина заключается в неверных параметрах BIOS, оперативной памяти, быстродействие которой ниже, чем требуется системе, разогнанных процессорах и прочих системных компонентах.
Тепловыделение. Скоростные модули памяти характеризуются более высокими рабочими температурами, чем модули устаревших типов. Первыми модулями, оснащенными теплорассеивателями, оказались модули RDRAM RIMM; сейчас теплорассеивателями оснащены многие производительные модули DDR и DDR2, так как это единственный способ борьбы с повышенным уровнем тепловыделения.

Большинство описанных проблем не приводят к прекращению работы микросхем памяти (хотя некачественное энергоснабжение или статическое электричество могут физически их повредить), однако могут повлиять на хранимые данные.

Игнорирование сбоев, конечно, — не лучший способ борьбы с ними. К сожалению, именно этот способ выбрали сегодня многие производители компьютеров. Лучше бы они повысили отказоустойчивость систем. Для этого необходимы механизмы определения и, возможно, исправления ошибок в памяти ПК. В основном для повышения отказоустойчивости в современных компьютерах применяются следующие методы:

контроль четности;
коды коррекции ошибок (ECC).

Системы без контроля четности вообще не обеспечивают отказоустойчивость. Единственная причина, по которой они используются, — их минимальная базовая стоимость. При этом, в отличие от других технологий, не требуется дополнительная оперативная память. Байт данных с контролем четности включает в себя 9, а не 8 бит, поэтому стоимость памяти с контролем четности выше примерно на 12,5%. Кроме того, контроллеры памяти, не требующие логических мостов для подсчета данных четности или ECC, обладают упрощенной внутренней архитектурой. Портативные системы, для которых вопрос минимального энергопотребления особенно важен, выигрывают от уменьшенного энергоснабжения памяти благодаря использованию меньшего количества микросхем DRAM. И наконец, шина данных памяти без контроля четности имеет меньшую разрядность, что выражается в сокращении количества буферов данных. Статистическая вероятность возникновения ошибок памяти в современных настольных компьютерах составляет примерно одну ошибку в несколько месяцев. При этом количество ошибок зависит от объема и типа используемой памяти.

Подобный уровень ошибок может оказаться приемлемым для обычных компьютеров, не используемых для работы с важными приложениями. В этом случае цена играет основную роль, а дополнительная стоимость модулей памяти с поддержкой контроля четности и кода ECC себя не оправдывает, поэтому легче смириться с нечастыми ошибками.

Как бы там ни было, отсутствие отказоустойчивости в компьютерной системе является всего лишь спекуляцией на малой вероятности ошибок памяти. При этом также предполагается, что совокупная стоимость потерь, вызванная ошибками в работе памяти, будет меньше, чем затраты на приобретение дополнительных аппаратных устройств для определения таких ошибок. Тем не менее, ошибки памяти вполне могут стать причиной серьезных проблем (например, представьте себе неверно указанное значение суммы в банковском чеке). Ошибки в работе оперативной памяти серверных систем зачастую приводят к “зависанию” последних и отключению всех клиентских компьютеров, соединенных с серверами по локальной сети. Наконец, отследить причину возникновения проблем в компьютерах, не поддерживающих контроль четности или ECC, крайне сложно. Последние технологии по крайней мере однозначно укажут на оперативную память как на источник проблемы, тем самым экономя время и усилия системных администраторов.

Источник

Что такое ошибка четности оперативной памяти

Parity Checking (Проверка четности)

Как работает Parity Checking Works

ECC

История

Ошибки памяти

Исправление ошибки

ОЗУ типа ECC

Смотрите также

Рекомендации

Ошибки четности памяти

Случайное появление

Проблема с новой памятью

Плохой удлинитель или источник питания

Плохая память

Плохая материнская плата

Оперативная память

А вот еще интересные материалы: