CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA MÁY TÍNH
Biểu diễn và xử lý thông tin trong máy tính
1.1 Hệ đếm nhị phân và phương pháp biểu diễn thông tin trong máy tính ỉ Hệ nhị phõn (Binary)
Hệ nhị phân, hay hệ đếm cơ số 2, chỉ sử dụng hai con số 0 và 1, với giá trị của mỗi số phụ thuộc vào vị trí của nó Các vị trí trong hệ này có trọng số tương ứng với bậc luỹ thừa của cơ số 2 Trong hệ đếm cơ số 2, chấm cơ số được gọi là chấm nhị phân, và mỗi số nhị phân được gọi là một bit (Binary digit) Bit bên trái nhất được gọi là bit có trọng số lớn nhất (MSB - Most Significant Bit), trong khi bit bên phải nhất là bit có trọng số nhỏ nhất (LSB - Least Significant Bit).
Số nhị phân (1010.11)2 có thể biểu diễn thành:
Chú ý: Sử dụng dấu ngoặc đơn và chỉ số dưới để ký hiệu cơ số của hệ đếm Đối với phần lẻ của các số thập phân, số lẻ sẽ được nhân với cơ số, và số nhớ sẽ được ghi lại dưới dạng số nhị phân Trong quá trình chuyển đổi, số nhớ đầu tiên sẽ là bit MSB (Most Significant Bit) và số nhớ cuối cùng sẽ là bit LSB (Least Significant Bit).
Ví dụ 2: Biến đổi số thập phân (0.625)10 thành nhị phân:
625*2 = 1.250 Số nhớ là 1, là bit MSB
0.250*2 = 0.500 Số nhớ là 0 0.500*2 = 1.000 Số nhớ là 1, là bit LSB
Bảng mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange) là một bộ mã được thiết kế để biểu diễn các ký tự, số và ký hiệu đặc biệt Đây là mã 7 bit, cho phép tạo ra 128 tổ hợp mã khác nhau, bao gồm cả chữ hoa và chữ thường, và được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống máy tính hiện nay.
Các con số thập phân từ 0 đến 9 và các ký hiệu đặc biệt được biểu diễn bằng mã số tương ứng trong bảng Để chuyển đổi sang ASCII và các mã ký tự số khác, việc sử dụng mã tương đương trong bảng là phương pháp tối ưu nhất.
Ví dụ: Đổi các ký tự BILL thành mã ASCII:
Trong bảng mã ASCII chuẩn có 128 kí tự Trong bảng mã ASCII mở rộng có
Bài viết này đề cập đến 255 ký tự, bao gồm 128 ký tự trong mã ASCII chuẩn Ngoài ra, nó còn bao gồm các phép toán, chữ có dấu và các ký tự trang trí.
NUL = Null; DLE = Data link escape;
ETB = End od transmission block;
1.3 Biểu diễn giá trị số trong máy tính ỉ Biểu diễn số nguyờn
- Biểu diễn số nguyên không dấu:
Tất cả các số và mã trong máy tính được biểu diễn bằng hệ thống chữ số nhị phân Để biểu diễn các số nguyên không dấu, người ta sử dụng n bit Mỗi độ dài của số bit tương ứng với các khoảng giá trị xác định.
Số bit Khoảng giá trị n bit: 0 2 n - 1
- Biểu diễn số nguyên có dấu:
Bit cao nhất được sử dụng để biểu diễn dấu của số, với giá trị 0 tương ứng với số nguyên dương và giá trị 1 biểu diễn số âm Do đó, khoảng giá trị số được biểu diễn sẽ được tính dựa trên quy tắc này.
Số bit Khoảng giá trị: n bit 2 n-1 -1
16 bit -32768 32767 Integer it -2 31 2 31 -1 (-2147483648 2147483647) Long integer ü Cách biểu diễn bằng trị tuyệt đối và dấu
Trong phương pháp này, bit dn-1 đóng vai trò là bit dấu, trong khi các bit từ d0 đến dn-2 thể hiện giá trị tuyệt đối Một từ n bit tương ứng với một số nguyên thập phân có dấu.
- Một Byte (8 bit) có thể biểu diễn các số có dấu từ -127 tới +127
- Có hai cách biểu diễn số không là 0000 0000 (+0) và 1000 0000 (-0) ü Cách biểu diễn bằng số bù 1 và số bù 2
Trong phương pháp này, số âm -N được biểu diễn bằng cách thay thế các bit nhị phân của số dương N bằng số bù của nó, tức là nếu bit di = 0 thì đổi thành 1 và ngược lại.
- Một Byte cho phép biểu diễn tất cả các số có dấu từ -127 (1000 00002) đến 127 (0111 11112)
- Có hai cách biểu diễn cho 0 là 0000 0000 (+0) và 1111 1111 (-0)
+ Số bù 2: Để có số bù 2 của một số nào đó, người ta lấy số bù 1 rồi cộng thêm 1
Số bù 2 của 25 là 11100111 Vậy -2510 = 111001112 Chỉ có một giá trị 0: +0 = 000000002, -0 = 000000002 ồ -
9 ỉ Biểu diễn số thực (số cú dấu chấm (phẩy) động)
- Tổng quát : một số thực X được biểu diễn theo kiểu số dấu chấm động như sau :
M là phần định trị (Mantissa)
Chuẩn IEEE 754 là một trong những phương pháp phổ biến nhất để biểu diễn số chấm động trong khoa học máy tính hiện nay Chuẩn này định nghĩa hai dạng biểu diễn số chấm động, giúp cải thiện độ chính xác và khả năng xử lý trong các ứng dụng tính toán.
S là bit dấu, trong đó S = 0 đại diện cho số dương và S = 1 cho số âm Giá trị e (8 bit) là mã excess-127 của phần mũ E, với công thức e = E + 127, từ đó ta có E = e - 127 Số 127 được gọi là độ lệch (bias) Cuối cùng, m (23 bit) là phần lẻ của phần định trị M.
M = 1.m Công thức xác định giá trị của số thực :
Ví dụ 1: xác định giá trị của số thực được biểu diễn bằng 32 bit như sau :
Ví dụ 2: Biểu diễn số thực X = 83.75 về dạng dấu chấm động IEEE 754 32 bit
Ta có: S = 0 vì đây là số dương e - 127 = 6 à E = 127 + 6 = 13310 = 1000 01012 Vậy X = 0 100 0010 1 010 0111 1000 0000 0000 0000
S E M Các qui ước đặc biệt:
- Các bit của e bằng 0, các bit của m bằng 0, thì X = ± 0
- Các bit của e bằng 1, các bit của m bằng 0, thì X = ± ¥
- Các bit của e bằng 1, còn m có ít nhất một bit bằng 1, thì nó không biểu diễn cho số nào cả (NaN - Not a number)
- Phạm vi biểu diễn: 2 -127 đến 2 +127 , 10 -38 đến 10 +38
- e (11 bit) là mã excess - 1023 của phần mũ E: E = e - 1023
- m (52 bit) là phần lẻ của phần định trị M
- Giá trị của số thực:
- Giải giá trị biểu diễn là: 10 -308 đến 10 +308
Cấu trúc một máy tính đơn giản
2.1 Giới thiệu sơ lược cấu trúc của máy vi tính
Kể từ khi ra đời, cấu trúc cơ bản của máy vi tính hiện nay vẫn giữ nguyên Tất cả các máy tính số đều được hình thành từ các khối chức năng chính.
2.2 Lịch sử phát triển của CPU
Từ năm 1971, sự ra đời và phát triển của CPU đã chứng kiến nhiều bước tiến quan trọng, bắt đầu với CPU 4004, đánh dấu sự khởi đầu của công nghệ vi xử lý Intel đã không ngừng đổi mới và phát triển các dòng CPU với những tên gọi tương ứng, phản ánh chiến lược kinh doanh và công nghệ tiên tiến của hãng Những cải tiến này đã tạo ra những sản phẩm mạnh mẽ hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường công nghệ thông tin.
8088, CPU 80286, CPU 80386, CPU 80486, CPU 80586, Core i3, i5, i7,i9 Tóm tắt qua sơ đồ mô tả:
Intel đã giới thiệu BXL 4004 vào tháng 11 năm 1971, với tốc độ 740KHz và khả năng xử lý 0,06 triệu lệnh mỗi giây (MIPS) Sản phẩm này được sản xuất bằng công nghệ 10 μm, chứa 2.300 transistor và hỗ trợ bộ nhớ mở rộng lên đến 640 byte.
Vi xử lý 8008, ra mắt năm 1972, được sử dụng trong thiết bị đầu cuối Datapoint 2200 của Computer Terminal Corporation (CTC), với tốc độ 200kHz, công nghệ sản xuất 10 μm, 3.500 transistor và bộ nhớ mở rộng lên đến 16KB Tiếp theo, vi xử lý 8080, phát hành năm 1974, được trang bị trong máy tính Altair 8800, có tốc độ gấp 10 lần 8008, đạt 2MHz, sản xuất trên công nghệ 6 μm, xử lý 0,64 MIPS với 6.000 transistor, hỗ trợ bus dữ liệu 8 bit và bus địa chỉ 16 bit, cùng bộ nhớ mở rộng lên đến 64KB Cuối cùng, vi xử lý 8085 cũng có tốc độ 2MHz và được sản xuất với công nghệ tiên tiến.
Bộ xử lí trung tâm(CPU) Bộ
11 nghệ 3 μm, với 6.500 transistor, có 8 bit bus dữ liệu và 16 bit bus địa chỉ, bộ nhớ mở rộng 64KB
Bộ vi xử lý 80186, ra mắt năm 1982, còn được biết đến với tên gọi IAPX 186, chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng nhúng và bộ điều khiển thiết bị đầu cuối Phiên bản của 80186 có tốc độ từ 10 đến 12 MHz Cùng năm, bộ vi xử lý 80286 cũng được giới thiệu, sử dụng công nghệ 1,5 μm với 134.000 transistor và hỗ trợ bộ nhớ mở rộng lên tới 16 MB Các phiên bản của 80286 có tốc độ từ 6 đến 25 MHz.
2.2.4 BXL 32bit vi kiến trúc NetBurst (NetBurst micro-architecture)
Intel386 bao gồm các dòng vi xử lý 386DX, 386SX và 386SL Trong đó, Intel386DX là bộ vi xử lý 32 bit đầu tiên được Intel giới thiệu vào năm 1985, với khả năng sử dụng các thanh ghi 32 bit, truyền dữ liệu 32 bit đồng thời trên bus dữ liệu và xác định địa chỉ bằng 32 bit.
80286, 80386 hoạt động ở 2 chế độ: real mode và protect mode
Vi xử lý 386SL ra mắt năm 1990, được thiết kế cho thiết bị di động, sử dụng công nghệ 1 μm với 855.000 transistor và hỗ trợ bộ nhớ mở rộng lên đến 4GB, có các phiên bản 16, 20 và 25 MHz Trong khi đó, vi xử lý 486DX cũng áp dụng công nghệ 1 μm, sở hữu 1,2 triệu transistor và tương tự hỗ trợ bộ nhớ mở rộng 4GB, với nhiều phiên bản khác nhau.
25 MHz, 35 MHz và 50 MHz (0,8 μm) Pentium sử dụng công nghệ 0,8 μm chứa 3,1 triệu transistor, có các tốc độ 60, 66 MHz (socket 4 273 chân, PGA) Các phiên bản
Các phiên bản vi xử lý có tốc độ 75, 90, 100 và 120 MHz sử dụng công nghệ 0,6 μm với 3,3 triệu transistor (socket 7, PGA) Trong khi đó, các phiên bản 133, 150, 166 và 200 MHz sử dụng công nghệ 0,35 μm cũng chứa 3,3 triệu transistor (socket 7, PGA) Đặc biệt, Pentium MMX sử dụng công nghệ 0,35 μm với 4,5 triệu transistor và có các tốc độ 166, 200 và 233 MHz (Socket 7, PGA).
Sau thành công của dòng Pentium, Intel đã ra mắt Pentium Pro vào tháng 9 năm 1995 Vi xử lý này sử dụng công nghệ 0,6 và 0,35 μm, trang bị 5,5 triệu transistor, kết nối qua socket 8 với 387 chân và Dual SPGA, đồng thời hỗ trợ bộ nhớ RAM tối đa lên đến 4GB.
2.2.6 BXL Pentium II Đầu tiên, tên mã Klamath, sản xuất trên công nghệ 0,35 μm, có 7,5 triệu transistor, bus hệ thống 66 MHz, gồm các phiên bản 233, 266, 300MHz entium II, tên mã Deschutes, sử dụng công nghệ 0,25 μm, 7,5 triệu transistor, gồm các phiên bản 333MHz (bus hệ thống 66MHz), 350, 400, 450 MHz (bus hệ thống 100MHz) Celeron (năm 1998) được “rút gọn” từ kiến trúc BXL Pentium II, dành cho dòng máy cấp thấp
Bổ sung 70 lệnh mới (Streaming SIMD Extensions - SSE) đã nâng cao hiệu suất của bộ xử lý (BXL) trong các tác vụ như xử lý hình ảnh, âm thanh, video và nhận dạng giọng nói Pentium III bao gồm các mã tên Katmai, Coppermine và Tualatin Trong đó, Coppermine sử dụng công nghệ 0,18 μm với 28,1 triệu transistor và bộ nhớ đệm L2 256 KB tích hợp, giúp tăng tốc độ xử lý Tualatin, áp dụng công nghệ 0,13 μm, cũng có 28,1 triệu transistor và bộ nhớ đệm L1 32KB, L2 256 KB hoặc 512 KB tích hợp, sử dụng socket 370 FC-PGA và bus hệ thống 133 MHz, với các tốc độ như 1133, 1200, 1266, 1333 và 1400 MHz Celeron Coppermine ra mắt năm 2000 được phát triển từ kiến trúc BXL Pentium III.
Coppermine, hay còn gọi là Celeron II, là một vi xử lý được trang bị 70 lệnh SSE, sử dụng công nghệ 0,18 μm với 28,1 triệu transistor Nó có bộ nhớ đệm L1 32KB và L2 256KB tích hợp bên trong Vi xử lý này sử dụng socket 370 FC-PGA và có các tốc độ hoạt động đa dạng như 533, 566, 600, 633, 667, 700, và 733 MHz.
The Tualatin Celeron (Celeron S), introduced in 2000, is a streamlined version of the Pentium III Tualatin architecture It utilizes a 0.13 μm manufacturing process and features a 32KB L1 cache and a 256KB integrated L2 cache This processor is designed for the socket 370 FC-PGA and operates on a 100 MHz system bus, with available speeds of 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, and 1.4 GHz.
The Intel Pentium 4 (P4), introduced in November 2000, is a seventh-generation x86 microprocessor that utilizes the innovative NetBurst microarchitecture, distinguishing it from its predecessors like the Pentium II, Pentium III, and Celeron, which were based on the P6 architecture Key features of the NetBurst architecture include Hyper Pipelined Technology for increased instruction throughput, Execution Trace Cache to minimize delays in instruction fetching, and the Rapid Execution Engine for enhanced mathematical processing Additionally, it supports system bus speeds of 400 MHz and 533 MHz, along with advanced technologies such as Advanced Transfer Cache, Advanced Dynamic Execution, Enhanced Floating Point, and Multimedia Unit, as well as improvements in Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2), all aimed at delivering higher performance, stronger computational capabilities, and better multimedia processing.
Pentium 4 đầu tiên (tên mã Willamette) xuất hiện cuối năm 2000 đặt dấu chấm hết cho "triều đại" Pentium III Willamette sản xuất trên công nghệ 0,18 μm, có 42 triệu transistor (nhiều hơn gần 50% so với Pentium III), bus hệ thống (system bus) 400 MHz, bộ nhớ đệm tích hợp L2 256 KB, socket 423 và 478 P4 Willamette có một số tốc độ như 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0 GHz P4 Northwood Xuất hiện vào tháng 1 năm 2002, được sản xuất trên công nghệ 0,13 μm, có khoảng 55 triệu transistor, bộ nhớ đệm tích hợp L2 512 KB, socket 478 Northwood có 3 dòng gồm Northwood A (system bus 400 MHz), tốc độ 1,6, 1,8, 2,0, 2,2, 2,4, 2,5, 2,6 và 2,8 GHz Northwood B (system bus 533 MHz), tốc độ 2,26, 2,4, 2,53, 2,66, 2,8 và 3,06 GHz (riêng 3,06 GHz có hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng Hyper Threading - HT) Northwood C (system bus 800 MHz, tất cả hỗ trợ HT), gồm 2,4, 2,6, 2,8, 3,0, 3,2, 3,4 GHz P4 Prescott (năm 2004)
BUS VÀ TRUYỀN THÔNG TIN TRONG MÁY TÍNH
Khái Niệm BUS
Bus là một đường truyền tín hiệu điện quan trọng trong hệ thống máy tính, kết nối các thiết bị khác nhau Nó bao gồm nhiều dây dẫn được gắn trên mainboard, với các đầu nối được sắp xếp theo khoảng cách quy định, cho phép cắm các board I/O hoặc board bộ nhớ, tạo thành bus hệ thống (system bus).
Phân Loại Bus
2.1 Bus ISA (Industry Standard Architecture)
Bus ISA chỉ được điều khiển bởi một CPU trên bảng mạch chính, với tất cả các chương trình và thiết bị phụ thuộc vào CPU này Tần số làm việc tối đa đạt 8.33 MHz, cho phép tốc độ chuyển tải lên đến 16.66 MBps với dữ liệu 2 bytes Bề rộng dữ liệu có thể là 8 hoặc 16 bits, và với 24 đường địa chỉ, ISA có khả năng quản lý 16 MB bộ nhớ Ngoài ra, Bus ISA tương thích tới 90% với bus AT.
Sử dụng cho các CPU 32 bits ( số liệu và đường địa chỉ) từ 80386 trở đi Bus
MCA (Micro Channel Architecture) là kiến trúc dành cho hệ thống IBM PS/2, không tương thích với bus ISA và hỗ trợ truyền tải dữ liệu 16 hoặc 32 bits Với thiết kế phức tạp, MCA cung cấp nhiều đường dẫn hơn ISA, giúp giảm thiểu nhiễu cao tần từ PC đến các thiết bị xung quanh Tốc độ truyền dữ liệu của MCA có thể đạt tới 160 MBps.
2.3 Bus EISA (Extended ISA) Đây là chuẩn mở rộng của ISA để bố trí các dữ liệu 32 bits nhưng vẫn giữ được sự tương thích với mạch nối ghép cũ Bus EISA có 2 nấc, các tín hiệu ISA được gửi qua nấc trên và các tín hiệu phụ trợ EISA qua nấc dưới Các đặc trưng của EISA như sau:
Về mặt cơ khí, thiết bị này có nhiều chân cắm hơn nhưng vẫn tương thích với chuẩn ISA Độ rộng dữ liệu cho phép truy xuất 2 đường 8 bits (tương thích với ISA) hoặc 2 đường 16 bits, giúp đơn vị quản lý bus 32 bits chuyển tải 4 byte với bộ nhớ hoặc thiết bị ngoại vi Nhờ đó, tốc độ truyền tải được cải thiện lên khoảng 33 MBps, gấp đôi so với 16.66 MBps của ISA.
• Độ rộng địa chỉ: ngoài 24 đường như ISA còn thêm 8 đường bổ sung nữa, do đó có thể định địa chỉ trong 4 GB bộ nhớ
Hệ thống EISA được thiết kế phức tạp hơn ISA, với khả năng thực hiện các chu kỳ bus tương thích, cho phép vi xử lý ngoài bảng mạch chính điều khiển toàn bộ bus, đặc biệt hiệu quả trong các hệ thống đa xử lý Intel đã phát triển bốn chip điện tử hỗ trợ cho bus EISA, bao gồm ISP (Integrated System Peripheral), BMIC (Bus Master Interface Controller), EBC (EISA Bus Controller) và EBB (EISA Bus Buffer).
2.4 Bus cục bộ (Local Bus)
Mặc dù xung clock của CPU rất cao, nhưng các bus chuẩn vẫn gặp nhược điểm khi chỉ có khả năng làm việc với các ngoại vi ở tốc độ truyền tải tối đa 33MBps.
Các card đồ họa không thể đạt tốc độ tối đa khi sử dụng bus mở rộng trong chế độ đồ họa Chuẩn bus cục bộ tạo ra các khe cắm mở rộng kết nối trực tiếp vào bus cục bộ giữa CPU và bộ đệm, cho phép truy xuất dữ liệu lên đến 32 bit và tận dụng tốc độ xung clock của CPU, vượt qua giới hạn 8.33MHz của bus hệ thống Để giải quyết vấn đề này, Intel đã phát triển bus PCI, trong khi Ủy ban VESA đã phát triển bus VL.
2.5 Bus PCI (Peripheral Component Interconnect)
Bus PCI là một bus của i486, nơi dữ liệu và địa chỉ được truyền theo phương pháp dồn kênh (multiplexing), giúp tiết kiệm số chân PCI nhưng làm giảm tốc độ do cần 2 xung clock cho mỗi lần truyền Kết nối giữa CPU, bộ nhớ chính và bus PCI được thực hiện qua cầu PCI, cho phép tối đa 10 thiết bị kết nối, trong đó cầu PCI được tính là một thiết bị Chu kỳ bus PCI gần đạt tốc độ chu kỳ bus của i486, với khả năng hoạt động ở độ rộng 32 bits và tốc độ 33MHz, có thể lên đến 64 bits với tốc độ 66 MHz Một lợi thế lớn của PCI là khả năng truyền dữ liệu theo kiểu cụm (burst), cho phép địa chỉ được truyền đi một lần duy nhất, giúp bus PCI luôn được lấp đầy bởi dữ liệu, với tốc độ truyền tối đa lên đến 120MBps.
2.6 Bus VL (VESA local bus)
Giống như PCI, bus VL đóng vai trò phân cách giữa CPU, bộ nhớ chính và bus mở rộng chuẩn Qua bus cục bộ trên bo mạch chính, bus VL cho phép điều khiển hiệu quả các thiết bị kết nối.
Khe cắm VL có 116 tiếp điểm và hỗ trợ 27 đa 3 thiết bị ngoại vi Bus VL hoạt động với xung clock bên ngoài CPU, trong đó tần số của bus này trong các máy DX2 chỉ bằng một nửa tần số clock của CPU.
Mỗi thiết bị trong hệ thống có thể đóng vai trò là LMB (Local bus master) hoặc LBT (Local bus target), với bộ điều khiển bus cục bộ LBC trên main board quyết định thiết bị nào sẽ trở thành LMB Thiết bị LMB có quyền điều khiển bus và có thể nhường quyền cho thiết bị có ưu tiên cao hơn, thường được sắp xếp theo thứ tự: DMA/làm tươi, CPU/đơn vị làm chủ bus và các đơn vị làm chủ bus khác Thiết bị ở vị trí LBT không thể thực hiện các thao tác chuyển tải dữ liệu Hiện tại, bus VL chỉ hỗ trợ 32 bits, nhưng trong tương lai sẽ được mở rộng lên 64 bits.
3.Thực hành Định nghĩa Bus, và phân loại Bus
B2: Kể tên các loại bus
Thực hành bài tập theo các bước thực hiện ghi kết quả ra giấy
Thực hành cách nhận biết các loại Bus trên phần mềm
Những trọng tâm cần chú ý trong bài
- Trình bày các khái niệm về bus và cách truyền thông tin trong máy tính;
- Trình bày cách phân loại được các loại Bus;
Bài mở rộng và nâng cao
- Kể tên các loại bus hiện nay
Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập bài 2
+ Về kiến thức: Trình bày được khái niệm về bus và cách truyền thông tin trong máy tính;
+ Về kỹ năng: Nhận biết và phân loại được các loại Bus;
+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, ngăn nắp trong công việc
+ Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm, vấn đáp
+ Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành qua cách nhận biết Bus trên phần mềm máy tính
+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác, ngăn nắp trong công việc
BỘ NHỚ
Các đặc trưng của bộ nhớ
Memory: Memory đơn giản là một thiết bị nhớ nó có thể ghi và chứa thông tin
ROM, RAM, cache, hard disks, floppy disks, and CDs are all types of memory, as they store information Regardless of the memory type, they share several key specifications.
1.1 Các khái niệm ỉ TỐC ĐỘ (SPEED) Đõy cú lẽ là khỏi niệm được người dựng quan tõm nhất, tuy nhiên có người thắc mắc về cách gọi tên, đối với DDR thì có hai cách gọi theo tốc độ MHz hoặc theo băng thông Ví dụ, khi nói DDR333 tức là thanh RAM đó mặc định hoạt động ở tốc độ 333MHz nhưng cách gọi PC2700 thì lại nói về băng thông RAM, tức là khi chạy ở tốc độ 333MHz thì nó sẽ đạt băng thông là 2700MB/s (trên lý thuyết) ỉ ĐỘ TRỄ (LATENCY) là khoảng thời gian từ khi ra lệnh đến khi nhận được sự phản hồi CAS là viết tắt của 'Column Address Strobe' (địa chỉ cột) RAS (Row Adress Strobe) là địa chỉ hàng khi chipset sẽ truy cập vào hàng ngang (ROW) của ma trận bộ nhớ thông qua việc đưa địa chỉ vào chân nhớ (chân RAM) rồi kích hoạt tín hiệu RAS Chúng ta sẽ phải chờ khoảng vài xung nhịp hệ thống (RAS to CAS Delay) trước khi địa chỉ cột được đặt vào chân nhớ và tín hiệu CAS phát ra Sau khi tín hiệu CAS phát đi, chúng ta tiếp tục phải chờ một khoảng thời gian nữa (đây chính là CAS Latency) thì dữ liệu sẽ được tìm thấy ỉ TẦN SỐ LÀM TƯƠI (Module DRAM) được tạo nờn bởi nhiều tế bào điện tử, mỗi tế bào này phải được nạp lại điện hàng nghìn lần mỗi giây vì nếu không dữ liệu chứa trong chúng sẽ bị mất Một số loại DRAM có khả năng tự làm tươi dữ liệu độc lập với bộ xử lý thường được sử dụng trong những thiết bị di động để tiết kiệm điện năng ỉ SDRAM ACCESS TIME Việc cho ra đời cỏch đọc dữ liệu theo từng chuỗi (Burst Mode) đã giúp khắc phục nhiều nhược điểm và tăng hiệu năng cho RAM, chu kì của chuỗi ngắn hơn rất nhiều chu kì trang của RAM loại cũ Chu kì của chuỗi cũng được coi như là chu kì xung nhịp của SDRAM và chính vì thế nó được coi như thang xác định cho tốc độ của RAM bởi đó là khoảng thời gian cần thiết giữa các lần truy xuất dữ liệu theo chuỗi của RAM Những con số -12, -10, -8 ghi trên các chip RAM cho biết khoảng thời gian tối thiểu giữa mỗi lần truy xuất dữ liệu: nhãn - 12 xác định chu kì truy cập dữ liệu của RAM là 12ns (nano-giây)
1.2 Các loại bộ nhớ ỉ ROM (Read Only Memory) cú đặc tớnh là thụng tin lưu trữ trong ROM không thể xoá được và không sửa được, thông tin sẽ được lưu trữ mãi mãi Nhưng ngược lại ROM có bất lợi là một khi đã cài đặt thông tin vào rồi thì ROM sẽ không còn tính đa dụng
PROM (Programmable ROM) là loại ROM không thể xóa hoặc ghi lại, nhưng nhờ vào sự tiến bộ trong công nghệ, thông tin có thể được "cài" vào chip và lưu trữ vĩnh viễn Điểm đặc trưng của PROM là thông tin chỉ được cài đặt một lần duy nhất EPROM (Erasable Programmable ROM) là một phiên bản nâng cao của PROM, cho phép người dùng xóa và ghi lại dữ liệu, tương tự như loại "CD-Erasable".
EPROM là một loại bộ nhớ có thể ghi và xóa nhiều lần, nhưng phương pháp xóa sử dụng phần cứng, khiến nó tốn kém EEPROM, hay ROM có thể lập trình xóa điện tử, cho phép ghi và xóa thông tin bằng phần mềm, thường được sử dụng để "flash BIOS" RAM, hay bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, cho phép truy cập dữ liệu không theo thứ tự, với SRAM và DRAM là hai loại chính SRAM nhanh hơn nhưng đắt hơn DRAM do không cần cập nhật thường xuyên BDEO-DRAM là thế hệ tiếp theo của EDO DRAM, sử dụng công nghệ "pipeline" để tăng tốc độ truy cập SDRAM, với nguyên lý đồng bộ, cải thiện tốc độ truy cập dữ liệu, trong khi DDR SDRAM nhân đôi tốc độ bằng cách sử dụng cả hai quá trình đồng bộ DRDRAM là một bước ngoặt mới với cấu trúc hoàn toàn khác, hoạt động qua kênh Direct Rambus SLDRAM, thế hệ tiếp theo của DRDRAM, sử dụng bus 64 bit và có thể đạt tốc độ gấp đôi DRDRAM, nhờ sự phát triển của một nhóm công ty hàng đầu trong ngành công nghệ.
PC xxx *2*8 = băng thông Chiều rộng của DDR SDRAM: PC200 * 8 PC1600 Tương tự PC133 sẽ là PC133 * 2 * 8bytes = PC2100 và PC150 sẽ là PC150
Cache memory là loại bộ nhớ có dung lượng nhỏ nhưng tốc độ rất nhanh, gần như tương đương với CPU Nó thường nằm gần CPU và có nhiệm vụ cung cấp dữ liệu mà CPU thường xuyên sử dụng Sự xuất hiện của Cache memory giúp nâng cao hiệu quả truy cập thông tin trong máy tính Khi CPU xử lý hoặc thay đổi thông tin, nó sẽ kiểm tra Cache memory trước để xem dữ liệu có sẵn hay không; nếu có, CPU sẽ sử dụng lại, nếu không, nó sẽ tìm kiếm trong RAM hoặc các bộ phận khác Cache memory có kích thước nhỏ do chi phí sản xuất cao và độ phức tạp trong chế tạo, vì nó gần gũi với CPU về cấu trúc và tốc độ.
Cache memory thường nằm trong CPU và được phân loại thành Cache Level 1 (L1), Cache Level 2 (L2) tùy thuộc vào khoảng cách với CPU, trong đó Cache L1 là gần nhất Kỹ thuật Interleave giúp tăng tốc độ truy cập thông tin bằng cách giảm thời gian nhàn rỗi của CPU; khi CPU cần đọc dữ liệu từ hai nguồn A và B, nếu A chưa sẵn sàng, CPU có thể chuyển sang B để lấy dữ liệu, từ đó tối ưu hóa thời gian truy cập Bên cạnh đó, kỹ thuật Bursting cho phép CPU lấy thông tin theo từng khối thay vì từng byte, giúp giảm thời gian truyền tải thông tin trong máy tính.
1.3 Cách Tính Dung Lượng Của Memory (RAM)
RAM thường có hai chỉ số, ví dụ như 32Mx4 Chỉ số đầu tiên thể hiện số hàng (chiều sâu) của RAM tính bằng Mega Bit, trong khi chỉ số thứ hai biểu thị số cột (chiều ngang) Cụ thể, 32x4 tương đương với 32 Mega Bit x 4 cột, tổng cộng là 128 Mega Bit, tương đương với 16 Mega Bytes (MB).
Khi chọn RAM, ngoài việc chú ý tốc độ, sức chứa, ta phải coi số Pin của nó Thông thường số Pin của RAM là (tuỳ vào loại RAM): 30, 72, 144, 160, 168, 184 pins
SIMM (Single In-Line Memory Module) là loại RAM ra đời sớm, có hai loại chính là 30-pin và 72-pin Loại 30-pin SIMM và 72-pin SIMM thường tải thông tin mỗi lần 8 bits, sau đó phát triển lên 32 bits Khi nhận diện SIMM trên thị trường, chúng ta chỉ cần chú ý đến số lượng chân cắm: 30 hoặc 72 pins Đặc biệt, loại 72-pin SIMM có chiều rộng 4.5 inch, trong khi loại 30-pin SIMM có chiều rộng 3.5 inch.
- DIMM (Dual In-line Memory Modules)
DIMM có số chân là 72 hoặc 168, khác biệt so với SIMM ở chỗ các chân của DIMM được thiết kế độc lập và cách rời nhau, trong khi SIMM có chân dính lại với nhau tạo thành một mảng để tiếp xúc với khe cắm memory Ngoài ra, DIMM thường được cài đặt thẳng đứng vào khe cắm, trong khi SIMM được ấn vào nghiêng khoảng 45 độ Thông thường, loại DIMM 30 chân tải dữ liệu 16 bits, loại 72 chân tải dữ liệu 32 bits, và loại 144 hoặc 168 chân tải dữ liệu 64 bits.
SO DIMM (Small Outline DIMM) is a type of memory specifically designed for notebooks, available in two pin configurations: 72-pin and 144-pin These compact modules are tailored to fit the smaller form factor of laptops The 72-pin version operates with a 32-bit data width, while the 144-pin version functions with a 64-bit data width, enhancing the performance capabilities of notebook computers.
- RIMM (Rambus In-line Memory Modules) và SO RIMM (RIMM dùng cho notebook)
Rambus là công nghệ bộ nhớ với các phiên bản 184 pins (RIMM) và 160 pins (SO RIMM), cho phép truyền dữ liệu 16 bit mỗi lần, nhanh hơn so với các thế hệ trước chỉ có 8 bit Tuy nhiên, với tốc độ cao, bộ nhớ RIMM tạo ra nhiệt độ rất cao, do đó cần có phương pháp chế tạo khác biệt so với RAM truyền thống.
Điện thế cung cấp cho RAM (DRAM Voltage) là một chỉ số quan trọng, với DDR thường sử dụng mức điện thế 2,5v và DDR-II là 1,8v Một số loại RAM DDR tốc độ cao có thể yêu cầu điện thế lên đến 2,8v hoặc 2,85v, vì vậy cần tham khảo tài liệu để biết thông tin chi tiết.
Để đảm bảo an toàn khi sử dụng, cần tuân thủ nguyên tắc không kéo điện thế lên quá 2,9V nếu không có giải pháp tản nhiệt hiệu quả Việc này là rất quan trọng, vì nếu không, RAM có thể bị cháy hoặc IC bị phồng sau một thời gian sử dụng.
Sự phân cấp bộ nhớ
2.1 Xác định loại bộ nhớ
Hiện nay, có ba công nghệ bộ nhớ phổ biến là SDRAM, DDR-SDRAM và RDRAM, và việc xác định loại bộ nhớ phù hợp cần dựa vào tài liệu hướng dẫn của bo mạch chủ SDRAM được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống Pentium, Pentium II và Pentium III, với ba loại chính là PC66, PC100 và PC133, tương ứng với tần số hoạt động 66MHz, 100MHz và 133MHz.
DDR SDRAM 133 MHz là loại bộ nhớ phổ biến trong các hệ thống Pentium IV và AMD, với nhiều loại tốc độ khác nhau như PC2100, PC2700, PC3200, PC3500 và PC3700, tương ứng với xung làm việc 266MHz, 333MHz, 400MHz, 433MHz và 466MHz Trong khi đó, RDRAM được coi là công nghệ bộ nhớ tốt nhất, thường được sử dụng cho các hệ thống Xeon và Pentium IV cao cấp.
VRAM được phát triển từ công nghệ FPM với hai cổng giao tiếp, một cổng cho làm tươi màn hình và cổng còn lại xuất ảnh ra màn hình, giúp VRAM hoạt động hiệu quả hơn DRAM trong các ứng dụng video Tuy nhiên, do sản lượng tiêu thụ chip video thấp hơn chip nhớ chính, giá của VRAM vẫn cao Do đó, trong một số hệ thống card video giá rẻ, DRAM thông thường có thể được sử dụng để giảm chi phí.
GDDR (DDR đồ họa) là công nghệ được phát triển từ DDR SDRAM dành riêng cho đồ họa Sau GDDR-2, thiết kế dựa trên DDR-II, ATI và NVIDIA đã hợp tác với các nhà sản xuất bộ nhớ để cho ra mắt GDDR-3 Phiên bản này có điện áp làm việc thấp hơn GDDR-2, hoạt động từ tần số 500MHz đến 800MHz, nhằm giảm điện năng tiêu thụ, tăng mật độ chip nhớ và cải thiện giải pháp tản nhiệt.
WRAM là loại bộ nhớ hai cổng chuyên dụng cho các hệ thống xử lý đồ họa, có thiết kế khác biệt so với VRAM Nó sở hữu cổng hiển thị nhỏ hơn và tích hợp tính năng EDO (Extended Data Out), giúp cải thiện hiệu suất xử lý dữ liệu.
SGRAM là loại SDRAM được tối ưu hóa cho video, với khả năng đọc/ghi đặc biệt Nó cho phép truy xuất và chỉnh sửa dữ liệu theo khối, giúp giảm số lần đọc/ghi bộ nhớ và nâng cao hiệu suất của bộ điều khiển đồ họa.
2.6 Base Rambus VÀ Concurrent Rambus
Trước khi trở thành công nghệ bộ nhớ chính, Rambus từng được sử dụng làm bộ nhớ video Hiện nay, công nghệ bộ nhớ Rambus cho bộ nhớ chính được gọi là Direct Rambus Hai dạng Rambus sơ khai, gồm Base Rambus và Concurrent Rambus, đã được áp dụng cho các ứng dụng video trong máy trạm và hệ thống game như Nintendo 64.
2.7 Bộ nhớ cải tiến ỉ Enhanced Sdram (Esdram) Để tăng tốc độ và hiệu năng, thanh nhớ chuẩn có thể được tích hợp thêm bộ đệm SRAM (Static RAM) trực tiếp trên chip ESDRAM là SDRAM có thêm bộ đệm SRAM để có khả năng làm việc với tần số 200MHz Cũng tương tự nguyên lý bộ nhớ đệm ngoài, DRAM cũng dùng một bộ đệm SRAM để lưu dữ liệu thường dùng, nhằm rút ngắn thời gian truy xuất DRAM Ưu điểm của SRAM trên chip là tạo lập tuyến bus rộng hơn giữa SRAM và DRAM, tăng cường băng thông và tốc độ DRAM một cách hiệu quả
FCRAM, được phát triển bởi Toshiba và Fujitsu, phục vụ cho máy chủ, máy in cao cấp và hệ thống chuyển mạch viễn thông Bộ nhớ này được chia thành nhiều mảng và thiết kế hàng đợi, giúp tăng tốc độ truy xuất ngẫu nhiên và giảm tiêu thụ điện năng.
Hiện tại tuy đã lỗi thời nhưng SLDRAM từng được cộng đồng chế tạo DRAMphát triển nhằm cạnh tranh với Rambus vào cuối thập niên 1990 ỉ Virtual Channel Memory (Vcm)
VCM do NEC phát triển cho phép các khối bộ nhớ giao tiếp độc lập với bộ điều khiển nhớ và có đệm riêng Phương pháp này giúp mỗi tác vụ hệ thống hoạt động như một khối riêng biệt, không chia sẻ tài nguyên với các tác vụ khác đang chạy.
Xây dựng bộ nhớ từ các chip nhớ
Lưu trữ từ tính là phương pháp lưu dữ liệu trên các đĩa mỏng được làm từ aluminum, thủy tinh hoặc ceramic, bên ngoài được bọc lớp vật liệu sắt từ như hợp kim cobalt Lớp vật liệu này cho phép đầu đọc/ghi từ hóa các vùng nhỏ trên đĩa để lưu trữ dữ liệu số Một ổ cứng thường có nhiều đĩa mỏng được cách ly bởi các miếng đệm trên một trục đơn, trục này được điều khiển bởi mô tơ có khả năng quay các đĩa với tốc độ không đổi, tương ứng với tốc độ hoạt động của ổ cứng.
Các đầu đọc ghi trên từng mặt đĩa được gắn với cánh tay chuyển động riêng, điều khiển bởi mô tơ servo để điều chỉnh khoảng cách của đầu đọc với trục Có hai phương pháp ghi dữ liệu lên đĩa: theo chiều ngang, là cách truyền thống, và chiều vuông góc.
Công nghệ ghi vuông góc cho phép thiết kế đóng gói dữ liệu nhiều hơn trên cùng một vùng đĩa mà không lo lắng về hiệu quả của siêu thuận từ, nhờ vào việc thay đổi hướng của trường từ tính, ảnh hưởng đến sự tương tác giữa các thành phần Trong ổ cứng, các bit được lưu trên dải băng bằng cách đảo cực vùng từ tính nhỏ, với hai kiểu dải băng chính: tuyến tính và xoắn ốc Dải băng tuyến tính có rãnh tuyến tính với nhiều vùng từ tính thể hiện bít dữ liệu ‘1’ hoặc ‘0’, trong khi dải băng xoắn ốc có rãnh chồng lên nhau, sử dụng hai đầu ghi với trạng thái phân cực đối nhau, cho phép đầu đọc phân biệt các rãnh và tăng dung lượng lưu trữ.
RAM là một trong những loại bộ nhớ bán dẫn phổ biến, được chia thành hai loại chính: RAM tĩnh (SRAM) và RAM động (DRAM) SRAM lưu trữ dữ liệu thông qua một cấu trúc gồm 6 transistor, tạo thành một flip-flop (FF), trong khi DRAM sử dụng tụ điện để lưu trữ dữ liệu.
DRAM không lưu trữ được dữ liệu khi mất điện do yêu cầu làm tươi liên tục Ưu điểm của DRAM là khả năng lưu trữ nhiều dữ liệu hơn với chỉ một transistor và một tụ điện cho mỗi bit, trong khi SRAM có lợi thế ở tốc độ truy cập nhanh hơn và không cần làm tươi nhờ vào cấu trúc chỉ sử dụng transistor.
Bộ nhớ Flash, một loại bộ nhớ bán dẫn phổ biến hiện nay, được chia thành hai kiểu chính: NOR và NAND NOR (Not OR) sử dụng các cổng logic NOR, trong khi NAND (Not AND) sử dụng các cổng logic NAND Cả hai loại đều được cấu tạo từ transistor và không chứa tụ điện, giúp dữ liệu không bị mất khi mất điện Mặc dù có nhiều điểm tương đồng, NAND flash phù hợp hơn cho lưu trữ dữ liệu với công nghệ truy cập tuần tự, trong khi NOR flash, với công nghệ truy cập ngẫu nhiên, thích hợp cho việc lưu trữ các chương trình sử dụng ít bộ nhớ NOR flash thường được sử dụng trong hệ điều hành của điện thoại di động, trong khi NAND flash thường thấy trong các thẻ nhớ USB.
CD là một kiểu lưu trữ quang học phổ biến, được sản xuất từ nhựa polycarbonate với các lỗ nhỏ sắp xếp theo hình xoắn ốc để biểu thị dữ liệu Bề mặt CD có lớp vật liệu phản chiếu, thường là nhôm hoặc vàng, và được bảo vệ bởi lớp acrylic Khi đọc CD, tia laser chiếu vào lớp polycarbonate, phản chiếu vào lớp vật liệu phản chiếu và được cảm biến quang phát hiện, chuyển đổi thành tín hiệu điện Sự khác biệt trong tín hiệu điện cho phép máy tính đọc dữ liệu Đối với đĩa CDR, cấu trúc tương tự CD nhưng không có lỗ và có lớp thuốc nhuộm trong suốt giữa polycarbonate và nhôm phản chiếu, cho phép ghi dữ liệu.
R, tia laser dùng để ghi được tập trung vào phần xoắn ốc muốn ghi (đường xoắn ốc này không tồn tại cho tới khi bạn tạo nó bằng việc ghi dữ liệu lên) và nung nóng lớp thuốc nhuộm Các thuộc tính hóa học của lớp thuốc nhuộm thay đổi tương ứng ở độ mờ của nó với nhiệt độ đốt nóng Vì vậy tia laser dùng để ghi có thể chuyển động dọc theo đường xoắn ốc và thay đổi độ mờ của các vùng nhỏ, sự khác biệt trong độ mờ thể hiện ra dữ liệu đó là các con số ‘1’ và ‘0’ Dữ liệu sau đó được đọc từ CD-R theo cách như một CD CD-R chỉ có thể được ghi một lần Điều này là bởi vì khi đã làm lớp thuốc nhuộm thay đổi thì bạn không thể làm cho nó trong suốt lại được lần nữa Vậy sau CD-R là gì? CD-RW sử dụng lớp thuốc nhuộm khác, lúc đầu có màu đục, sau khi được đốt nóng có màu trong suốt Thuốc nhuộm này cũng có thuộc tính khá thú vị đó là có thể trở lại trạng thái ban đầu nếu được đốt nóng
35 đến một nhiệt độ cao hơn Điều này cho phép bạn dễ dàng xóa các dữ liệu đã được lưu trên đĩa trước đó
Hình 3.3 Ảnh của các lỗ trên một đĩa DVD
Các đĩa DVD hoạt động tương tự như đĩa CD nhưng có khả năng lưu trữ dữ liệu nhiều hơn nhờ cấu trúc gồm nhiều lớp CD mỏng Chúng được làm từ polycarbonat và vật liệu phản chiếu, với công nghệ tia laser và cảm biến quang tiên tiến cho phép tia laser xuyên qua các lớp khác nhau, giúp phát hiện tất cả các lớp dữ liệu.
3.4 Bộ nhớ phân tử Động cơ cho việc phát triển công nghệ lưu trữ mới là chúng ta muốn nhanh chóng vươn đến được giới hạn nhỏ và nhanh trong các thiết bị, trong khi đó người dùng luôn yêu cầu dung lượng và hiệu suất tốt hơn Chính vì vậy các công nghệ mới càng cần phải được nghiên cứu và sớm đưa ra hơn Trong phần này chúng tôi có giới thiệu đến công nghệ nhớ phân tử Vậy công nghệ nhớ phân tử là gì? Điều gì làm cho bộ nhớ phân tử hấp dẫn đến vậy, câu trả lời là các phân tử rất nhỏ và có thể cung cấp một mật độ nhớ lớn hơn gấp nhiều lần so với các công nghệ hiện tại Để giữ một bit trong một phân tử, theo lý thuyết điều này khá đơn giản Ta chỉ cần thêm hoặc bớt các electron trong mỗi phân tử đó Điều khó khăn ở đây là việc đọc và ghi các bit dữ liệu đó như thế nào Để truy cập vào các phân tử để đọc và ghi, một số nhà nghiên cứu đã sắp xếp một mảng phân tử xung quanh các ống nano nhỏ có khả năng tích điện Phương pháp này được thể hiện như trong hình 3.3.4 Một số chuyên gia nghiên cứu khác lại muốn gia công các bít dữ liệu thông qua sóng vô tuyến Họ thực hiện điều đó bằng cách tạo một xung điện từ ở một tần số nào đó, xung này sau đó có thể thay đổi để nạp cho phân tử Để đọc các bít dữ liệu, một xung tần số khác sẽ được tạo ra sau đó Kết quả phân tử có xung thứ hai này có thể cho bạn biết rằng xung đầu tiên đã tương tác với phân tử
Hình 3.4 Sơ đồ thiết bị nhớ phân tử
Công nghệ bộ nhớ phân tử hứa hẹn mang lại mật độ lưu trữ lớn cho người dùng Tuy nhiên, hiện tại, bộ nhớ phân tử vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm.
Chúng ta sẽ phải chờ đợi vài năm để nhận thấy những lợi ích mà công nghệ mới này mang lại trong việc ứng dụng vào thực tiễn.
3.5 Bộ nhớ thay đổi pha
Bộ nhớ thay đổi pha, khác với bộ nhớ phân tử, đã được ứng dụng thực tế từ vài thập kỷ trước Vào những năm 1960, Stanford Ovshinsky phát minh ra phương pháp kết tinh các vật liệu vô định hình, mở ra hướng đi mới cho công nghệ lưu trữ Các sản phẩm như CD-R và CD đã sử dụng công nghệ này, chứng minh tính khả thi và hiệu quả của bộ nhớ thay đổi pha trong ngành công nghiệp.
Công nghệ RW sử dụng tia laser để điều chỉnh độ mờ của một vùng nhỏ trên mỗi đĩa, cho phép chuyển đổi giữa trạng thái vô định và kết tinh của vật liệu Đây là phát minh của Ovshinsky, người đã chế tạo thành công CD-RW đầu tiên vào năm.
Công nghệ CD-R và công nghệ thay đổi pha khác nhau ở chỗ công nghệ thay đổi pha sử dụng dòng điện để thay đổi trạng thái kết tinh của một vùng nhỏ, thay vì sử dụng tia laser Việc không sử dụng tia laser giúp tránh làm mờ vùng dữ liệu, nhưng lại tạo ra điện trở suất trong khu vực đó Khi trạng thái của vùng này chuyển đổi giữa kết tinh và vô định hình, điện trở suất có thể được đo và từ đó xác định giá trị nhị phân ‘1’ hoặc ‘0’ Điều này cho thấy điện trở suất có sự tương đồng với tính mờ trong quá trình ghi và đọc dữ liệu.
CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO-RA DỮ LIỆU
Cấu trúc phần cứng của các hệ thống vào-ra dữ liệu
Các máy tính PC thường được trang bị tối thiểu một cổng song song và một cổng nối tiếp Trong khi ghép nối nối tiếp có nhiều ứng dụng khác nhau, ghép nối song song chủ yếu được sử dụng cho máy in Sơ đồ ghép nối song song được minh họa như hình dưới đây.
Sơ đồ kết nối cổng song song
Có ba thanh ghi dùng để truyền dữ liệu và điều khiển máy in cùng với khối ghép nối, với địa chỉ cơ sở của các thanh ghi cho tất cả các cổng LPT từ LPT1 đến LPT4 được lưu trong vùng số liệu BIOS Thanh ghi dữ liệu nằm ở offset 00h, thanh ghi trạng thái ở 01h, và thanh ghi điều khiển ở 02h Cụ thể, địa chỉ cơ sở của LPT1 là 378h, LPT2 là 278h, dẫn đến địa chỉ thanh ghi trạng thái lần lượt là 379h và 279h, trong khi địa chỉ thanh ghi điều khiển là 37Ah hoặc 27Ah.
Thanh ghi dữ liệu (hai chiều):
Thanh ghi trạng thái máy in (chỉ đọc):
Thanh ghi điều khiển máy in:
IRQ là yêu cầu ngắt cứng, với giá trị 1 cho phép và 0 không cho phép Bản mạch ghép nối chỉ hỗ trợ bus dữ liệu 8 bit, vì dữ liệu được truyền qua máy in theo từng khối 8 bit Các chân tín hiệu của đầu cắm 25 chân tại cổng song song LPT được thiết kế để tương thích với cấu trúc này.
Tốc độ xử lý dữ liệu của các thiết bị ngoại vi như máy in thường chậm hơn so với PC, do đó các tín hiệu ACK, BSY và STR được sử dụng để thực hiện kỹ thuật bắt tay.
PC gửi dữ liệu lên bus và kích hoạt đường STR xuống mức thấp để thông báo cho máy in rằng dữ liệu đã ổn định Sau khi máy in hoàn tất xử lý, nó sẽ trả tín hiệu ACK xuống mức thấp để xác nhận PC sẽ chờ cho đến khi đường BSY từ máy in xuống thấp (máy in không bận) trước khi tiếp tục gửi dữ liệu Ngoài ra, dữ liệu cũng có thể được trao đổi trực tiếp giữa hai PC qua các cổng song song, với điều kiện các đường điều khiển của bên này phải được kết nối với các đường trạng thái của bên kia.
Trao đổi dữ liệu qua cổng song song giữa 2 PC
Máy in có thể được truy xuất qua chương trình bằng DOS, BIOS hoặc trực tiếp qua các cổng Lệnh “copy tên_file