ECC內(nèi)存為什么比普通內(nèi)存更穩(wěn)定？

為什么需要ECC內(nèi)存?

因為硬盤的速度遠遠比不上CPU的速度，所以電腦在程序運行時CPU都會先把要執(zhí)行的代碼和各種數(shù)據(jù)從硬盤讀取到內(nèi)存(單片機這種小CPU除外)，之后和內(nèi)存交互數(shù)據(jù)，所以內(nèi)存的穩(wěn)定性很大程度上決定了電腦的穩(wěn)定性。

但是在電腦的運行環(huán)境中，存在著各式各樣的干擾，包括EMI電磁干擾、電源紋波干擾等，這些干擾會導(dǎo)致內(nèi)存在和CPU交互數(shù)據(jù)時發(fā)生比特翻轉(zhuǎn)(某個0變成1)，如果比特翻轉(zhuǎn)發(fā)生在某些不重要的位置上，比如某張圖片或者某個視頻流里面，使用者很有可能會感受不到。

但是一旦發(fā)生在某個代碼里面，輕則導(dǎo)致軟件報錯或者閃退，重則藍屏死機或hardfault，對于普通PC來說還算能接受，畢竟概率很小，但是對于服務(wù)器來講，一次宕機可能會造成災(zāi)難性的損失，所以服務(wù)器往往會使用穩(wěn)定性更高的ECC內(nèi)存。

漢明碼原理

為什么ECC內(nèi)存能糾錯呢?就是因為使用了漢明碼編碼。更準(zhǔn)確來說，目前絕大多數(shù)ECC內(nèi)存都是使用的漢明碼來發(fā)現(xiàn)并糾錯的。漢明碼在一組數(shù)據(jù)中最多只能糾錯1個比特或者最多發(fā)現(xiàn)2個比特的錯誤，超過2個比特的錯誤就有概率通過漢明碼校驗，這是前提，只有在這個基礎(chǔ)上我們才能推出后面的結(jié)論。

漢明碼原理總結(jié)來說就是奇偶校驗+交集排除，奇偶校驗負責(zé)檢測錯誤，交集排除負責(zé)定位錯誤的位置。

奇偶校驗：根據(jù)被傳輸?shù)囊唤M二進制代碼的數(shù)位中“1”的個數(shù)是奇數(shù)或偶數(shù)來進行校驗。以偶校驗為例，在每組數(shù)據(jù)中增加一個奇偶校驗位，若原始數(shù)據(jù)1的個數(shù)為奇數(shù)，那奇偶校驗位就補1，若原始數(shù)據(jù)1的個數(shù)本身就是偶數(shù)那奇偶校驗位就不用補1，用0代替。奇偶校驗有個巧妙的地方，就是奇偶校驗位本身也能被校驗，這也是奇偶校驗?zāi)芎徒患懦浜鲜褂玫囊粋€必要前提。

交集排除：簡單來說就是元素A若同時在集合B和集合C中，如果A、B、C都存在的話，那A一定在B∩C中。下面以一個4*4的數(shù)據(jù)舉例說明。

1.為了使用交集排除，先把4*4的數(shù)據(jù)分成下圖4個區(qū)：

2.在1區(qū)使用偶校驗得出沒有錯誤：

3.在2區(qū)使用偶校驗得出有錯誤：

4.在3區(qū)使用偶校驗得出有錯誤：

5.在4區(qū)使用偶校驗得出沒有錯誤：

6.綜合2、3、4、5的結(jié)論就可以得出，錯誤數(shù)據(jù)同時在2區(qū)和3區(qū)，并且1區(qū)和4區(qū)沒有錯誤，所以錯誤數(shù)據(jù)一定在如下(2，3)的位置，所以把(2，3)的1改為0就能得到正確的一組數(shù)據(jù)。

總結(jié)

以上就是漢明碼最基礎(chǔ)的原理，但這并不是漢明碼被廣泛運用在內(nèi)存糾錯的全部原因，因為單純比糾錯能力，它遠遠沒有LDPC低密度校驗碼強，能被廣泛運用的原因是漢明碼能用極少的硬件電路實現(xiàn)(4*4的數(shù)據(jù)只需要5級異或門)，而且有效數(shù)據(jù)比很高(一組數(shù)據(jù)只需要在2的整數(shù)次方的比特位置插入一個比特的校驗位，有效數(shù)據(jù)比成指數(shù)級提高，當(dāng)然一組數(shù)據(jù)越長超過2比特錯誤的概率也就越大)，具體原理后面再分析。

審核編輯：湯梓紅