Parity (чётность) и ECС

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

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.)

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.