Một trongnhững thành phần quan trọng nhất của hệ thống máy tính là bộ nhớ RAM RandomAccess Memory – nơi tạm thời lưu trữ dữ liệu và chương trình mà máy tính đang sửdụng.. Chức năng tổng
lOMoARcPSD|39222638 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA HỌC CƠ BẢN BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH & HỆ ĐIỀU HÀNH CHỦ ĐỀ: NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ BỘ NHỚ RAM TRONG MÁY TÍNH Sinh viên thực hiện: Hà Hoàng Anh Bùi Minh Chí Nhữ Đình Chiến Bạch Văn Tuấn Dũng Đỗ Hoài Nam Tên lớp: 2022DHCNTT04 _K17 Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Hải Hà Nội, 21 tháng 12 năm 2023 1 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại ngày nay, sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ thông tin đã đặt ra những thách thức lớn đối với các kiến trúc máy tính và hệ điều hành Một trong những thành phần quan trọng nhất của hệ thống máy tính là bộ nhớ RAM (Random Access Memory) – nơi tạm thời lưu trữ dữ liệu và chương trình mà máy tính đang sử dụng Bộ nhớ RAM đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và khả năng xử lý của máy tính Báo cáo này tập trung vào nghiên cứu về bộ nhớ RAM trong kiến trúc máy tính và tương tác của nó với hệ điều hành Chúng tôi sẽ xem xét các khía cạnh quan trọng liên quan đến bộ nhớ RAM, bao gồm cơ bản về hoạt động của RAM, loại RAM phổ biến hiện nay, và ảnh hưởng của nó đối với hiệu suất toàn bộ hệ thống Ngoài ra, chúng tôi cũng sẽ đi sâu vào các chiến lược quản lý bộ nhớ của hệ điều hành, nhằm tối ưu hóa việc sử dụng bộ nhớ và cải thiện hiệu suất tổng thể Sự hiểu biết sâu rộng về cách bộ nhớ RAM và hệ điều hành tương tác có thể giúp nhà nghiên cứu và các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng và hệ thống hiệu quả hơn Chúng tôi hy vọng rằng báo cáo này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan và chi tiết về vai trò quan trọng của bộ nhớ RAM trong máy tính, đồng thời làm nổi bật những thách thức và cơ hội trong lĩnh vực này Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi không tránh khỏi những thách thức và hạn chế do vốn kiến thức còn hạn chế và khả năng tiếp thu chưa đạt đến mức cao Mặc dù đã đặt ra nỗ lực lớn để nghiên cứu và triển khai đề tài, nhận thức về sự bất hòa và những khó khăn còn tồn tại là điều không thể phủ nhận Chúng tôi xác nhận rằng có những thiếu sót và chưa chính xác trong quá trình thực hiện Điều này không chỉ là một điểm yếu, mà còn là cơ hội quý báu để chúng tôi học hỏi và phát triển Sự chấp nhận của chúng tôi về những giới hạn về kiến thức và khả năng tiếp thu không chỉ là biểu hiện của tinh thần tự nhận thức mà còn là năng lực thích ứng và cải tiến Chúng tôi kỳ vọng rằng, những ý kiến góp ý của quý thầy cô sẽ là nguồn động viên và hướng dẫn quý báu để chúng tôi phát triển và hoàn thiện công trình nghiên cứu của mình Chân thành cảm ơn sự đồng hành và hỗ trợ từ phía thầy cô 2 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM I Thông tin chung 1 Tên lớp: CNTT04 Khóa: K17 2 Tên nhóm: Nhóm 7 3 Tên thành viên nhóm: Hà Hoàng Anh, Bùi Minh Chí, Nhữ Đình Chiến, Bạch Văn Tuấn Dũng, Đỗ Hoài Nam II Nội dung học tập 1 Tên chủ đề: Nghiên cứu tìm hiểu về bộ nhớ RAM trong máy tính 2 Hoạt động của sinh viên - Hoạt động/Nội dung 1: Xác định nội dung, mục tiêu và phạm vi nghiên cứu - Hoạt động/Nội dung 2: Tìm hiểu về kiến trúc hệ thống nhớ, công nghệ hệ thống nhớ ,các kiểu bộ nhớ trong máy tính - Hoạt động/Nội dung 3: Tìm hiểu về bộ nhớ RAM, các loại RAM , cách quản lí ,nguyên lí hoạt động và vận hành của các bộ nhớ RAM trong máy tính - Hoạt động/Nội dung 4: Tìm hiểu về các loại RAM phổ biến ngày nay và các tính năng tiên tiến của các loại RAM 3 Sản phẩm nghiên cứu: Bản báo cáo theo đúng mẫu III Nhiệm vụ học tập 1 Hoàn thành báo cáo bài tập lớn theo đúng thời gian quy định (từ ngày 14 tháng 9 năm 2023 đến ngày 21 tháng 12 năm 2023) 2 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu được giao trước giảng viên và các sinh viên khác IV Học liệu sử dụng cho bài tập lớn 1 Tài liệu học tập: - Nguyễn Thanh Hải, Giáo trình Kiến Trúc Máy Tính[Nhà Xuất Bản Giáo Dục Việt Nam] - Tài liệu điện tử trên Internet 3 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TIỂU LUẬN, BÀI TẬP LỚN, ĐỒ ÁN/DỰ ÁN Tên lớp: CNTT04 - Khóa: K17 Tên nhóm: Nhóm 7 Tên thành viên: Hà Hoàng Anh, Bùi Minh Chí, Nhữ Đình Chiến, Bạch Văn Tuấn Dũng, Đỗ Hoài Nam Tên chủ đề: Nghiên cứu tìm hiểu về bộ nhớ RAM trong máy tính Tuần Người thực hiện Nội dung Phương pháp 5 Cả nhóm công việc thực hiện Thảo luận chủ đề, Họp online qua phân chia công ứng dụng việc Zoom 6 Cả nhóm Xác định mục tiêu Tham khảo chỉ nghiên cứu dẫn của thầy Hải và tài liệu trên internet 6 Cả nhóm Xác định phạm vi Tham khảo chỉ nghiên cứu dẫn của thầy Hải và tài liệu trên internet 7 Đỗ Hoài Nam Tìm hiểu nghiên Tham khảo tài Hà Hoàng Anh cứu tổng quan về liệu bộ nhớ máy tính, trên internet 4 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 phân loại bộ nhớ và các giáo trong máy tính trình liên Tìm hiểu nghiên cứu tổng quan về quan bộ nhớ máy tính, 8 Đỗ Hoài Nam phân loại bộ nhớ Tham khảo tài Hà Hoàng Anh trong máy liệu tính(Trình bày trên internet tiếp) và các giáo trình liên quan 9 Bùi Minh Chí Tìm hiểu về Bộ Tham khảo Nhữ Đình Chiến nhớ truy cập giáo trình kiến Đỗ Hoài Nam ngẫu nhiên trúc máy tính , tĩnh(SRAM) tài liệu điện tử và các giáo trình liên quan 10 Bùi Minh Chí Tìm hiểu về Bộ Tham khảo Nhữ Đình Chiến nhớ truy cập giáo trình kiến Đỗ Hoài Nam ngẫu nhiên trúc máy tính , tĩnh(SRAM) tài liệu điện tử (tiếp) và các giáo trình liên quan 11 Nhữ Đình Chiến Nghiên cứu về bộ Tham khảo Hà Hoàng Anh nhớ truy cập giáo trình kiến Bạch Văn Tuấn trúc máy tính , ngẫu nhiên tài liệu điện tử động(DRAM) Dũng và các giáo trình liên quan 12 Nhữ Đình Chiến Nghiên cứu về bộ Tham khảo 5 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 nhớ truy cập giáo trình kiến trúc máy tính , Hà Hoàng Anh ngẫu nhiên tài liệu điện tử Bạch Văn Tuấn và các giáo Dũng động(DRAM) trình liên quan (tiếp) 13 Bạch Văn Tuấn Tìm hiểu về các Tham khảo Dũng tính năng tiên giáo trình kiến Bùi Minh Chí tiến của các loại trúc máy tính , Nhữ Đình Chiến ram ngày nay tài liệu điện tử và các giáo trình liên quan 13 Hà Hoàng Anh Tổng kết, thống Thực hiện Đỗ Hoài Nam nhất lại nội dung o昀툀ine tại thư viện 14 Cả nhóm Họp xem xét lại Họp online qua nội dung đóng zoom góp ý kiến , thảo luận 14 Hà Hoàng Anh Thực hiện viết và Trên Word và Đỗ Hoài Nam hoàn thành báo trao đổi tài liệu cáo theo đúng qua Zalo mẫu qui định 15 Cả nhóm Tổng kết hoàn Họp online qua thành bài tập lớn Zoom 15 Cả nhóm Hoàn thành bài Họp o昀툀ine tại tập lớn và trao thư viện đổi lại ý kiến 6 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 DANH MỤC HÌNH ẢNH 9 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ BỘ NHỚ MÁY TÍNH 10 1.1 Tổng quan về bộ nhớ máy tính 10 1.1.1 Khái niệm 10 1.1.2 Phân loại 10 1.2 Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên ( random access memory - ram) 10 1.2.1.Khái niệm 10 1.2.2 Đặc trưng bộ nhớ RAM 11 7 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 1.2.3 Chức năng tổng quát 12 1.2.4.Cấu tạo .12 1.2.5.Phân loại RAM 14 CHƯƠNG II : BỘ NHỚ TRUY CẬP NGẪU NHIÊN TĨNH(SRAM) 16 2.1 Tổng quan về sram 16 2.2 Đặc điểm, cấu tạo của sram .16 2.2.1 Cấu Tạo 16 2.2.2 Đặc điểm của SRAM 16 2.3 Nguyên lí hoạt động của SRAM .17 2.4 Ứng dụng 17 CHƯƠNG III: BỘ NHỚ TRUY CẬP NGẪU NHIÊN ĐỘNG(DRAM) 19 3.1 Tổng quan về Dram 19 3.1.1 Khái niệm Dram là gì? 19 3.1.2 Một số loại DRAM phổ biến 19 3.2 Đặc điểm,cấu tạo .20 3.3 Nguyên lý hoạt động .20 CHƯƠNG IV: CÁC TÍNH NĂNG TIÊN TIẾN CỦA CÁC LOẠI RAM NGÀY NAY 22 4.1 RAM động đồng bộ - SDRAM .22 4.2 RAM động đồng bộ tốc độ dữ liệu đơn - SDR SDRAM 23 4.3 RAM động đồng bộ tốc độ dữ liệu kép - DDR SDRAM 23 4.4 Các loại DDR SDRAM được nâng cấp 24 4.4.1 Thứ nhất về DDR2 SDRAM 24 4.4.2 Thứ hai về DDR3 SDRAM 24 4.4.3 Thứ ba về DDR4 SDRAM 25 8 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 4.4.4 Thứ tư về DDR5 SDRAM 25 4.5 RAM đồ họa đồng bộ tốc độ dữ liệu kép - GDDR SDRAM 26 4.6 Bộ nhớ Flash 27 TỔNG KẾT 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO .30 9 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Thanh RAM 6 Hình 1.2: Lắp thanh RAM vào khe RAM 6 Hình 1.3: Đặc trưng của RAM 7 Hình 1.4: Chức năng của RAM 8 Hình 1.5: Điện trở và tụ điện của RAM 9 Hình 1 6: Lớp cắt ngang thanh RAM 9 Hình 1.7: Mẫu chip nhớ .10 Hình 1.8: Chân RAM được mạ vàng 10 Hình 2.1: Sram .12 Hình 2.2: Ứng dụng nhúng 14 Hình 3 1: DRAM 15 Hình 3.2: Nguyên lý cách đọc của RAM .17 Hình 4.1: Ram đồng bộ .18 Hình 4.2: RAM động đồng bộ tốc độ dữ liệu đơn 19 Hình 4.3: RAM động đồng bộ tốc độ dữ liệu kép 20 Hình 4.4: RAM đồng bộ tốc độ dữ liệu đơn .20 Hình 4.5: RAM động đồng bộ tốc độ dữ liệu kép 21 Hình 4.6: DDR SDRAM .21 Hình 4.7: DDR5 SDRAM .22 Hình 4.8: RAM đồ họa đồng bộ tốc độ dữ liệu kép 23 Hình 4.9: Bộ nhớ Flash 23 10 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 CHƯƠNG II : BỘ NHỚ TRUY CẬP NGẪU NHIÊN TĨNH(SRAM) 2.1 Tổng quan về sram Hình 2.9: Sram SRAM là viết tắt của Static random-access memory (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh hay RAM tĩnh) SRAM lưu giữ các bit dữ liệu trong bộ nhớ miễn là nguồn điện được cung cấp đầy đủ Không giống như DRAM, lưu bit dữ liệu trong các pin chứa tụ điện và bóng bán dẫn, SRAM không cần phải làm tươi theo định kỳ 2.2 Đặc điểm, cấu tạo của sram 2.2.1 Cấu Tạo Bộ nhớ SRAM được cấu thành từ các cell bộ nhớ SRAM riêng lẻ Mỗi cell SRAM lưu trữ một bit dữ liệu, được tạo thành từ các bộ cổng logic và transistor Bản mô tả cơ bản của một cell SRAM thường bao gồm: 4 hoặc 6 transistor Bộ trình điều khiển (Control Gates) Bitlines 2.2.2 Đặc điểm của SRAM 2.2.2.1 Ưu điểm Tốc độ truy cập nhanh Tốc độ truy cập nhanh là một trong những ưu điểm nổi bật của SRAM Tính năng này xuất phát từ cấu trúc đặc biệt của SRAM Trong đó, dữ liệu có thể được truy xuất ngay lập tức mà không cần phải chờ đợi Không cần làm mới Khác với các loại bộ nhớ khác, cụ thể là DRAM (cần phải làm mới định kỳ để duy trì dữ liệu), SRAM không yêu cầu quá trình làm mới Hiểu cách khác, dữ liệu được lưu trữ trong SRAM có thể được duy trì mà không cần phải làm mới định kỳ Ổn định 17 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 Tính ổn định cũng là ưu điểm nổi bật của SRAM Dữ liệu lưu trữ trong SRAM không bị mất đi dù không có nguồn điện được cấp Đồng thời, SRAM cũng có khả năng duy trì dữ liệu trong thời gian dài 2.2.2.2 Hạn chế Chi phí cao Một trong những hạn chế lớn của SRAM là chi phí cao hơn so với các loại bộ nhớ khác như DRAM Đây cũng là nguyên nhân làm tăng giá thành của sản phẩm cuối cùng nếu sử dụng SRAM Dung lượng nhỏ So với các loại bộ nhớ khác như DRAM hoặc NAND Flash, SRAM có dung lượng nhỏ hơn Mỗi cell SRAM chỉ lưu trữ một bit dữ liệu, trong khi các loại bộ nhớ khác có thể lưu trữ nhiều bit trên mỗi cell Hạn chế này làm cho SRAM không phù hợp với việc lưu trữ lượng dữ liệu lớn Tiêu thụ năng lượng cao SRAM tiêu thụ năng lượng cao hơn so với các loại bộ nhớ tiết kiệm năng lượng như DRAM và NAND Flash Đó là do cấu trúc và hoạt động của SRAM Những transistor của SRAM cần duy trì trạng thái và dữ liệu liên tục 2.3 Nguyên lí hoạt động của SRAM Hoạt động của SRAM liên quan đến việc ghi dữ liệu vào cell và đọc dữ liệu từ cell Ghi dữ liệu Để ghi dữ liệu vào một cell SRAM, các tín hiệu điều khiển sẽ được áp dụng vào transistor Nhờ đó, người dùng có thể xác định giá trị dữ liệu cần ghi (thường là logic 0 hoặc logic 1) Sau đó, dữ liệu này được truyền vào cell thông qua bitlines Lưu trữ dữ liệu Dữ liệu sẽ được lưu trữ trong cell SRAM mà không cần phải làm mới định kỳ Đọc dữ liệu Để đọc dữ liệu từ một cell SRAM, tín hiệu điều khiển thích hợp được áp dụng để kích hoạt transistor và cho phép dữ liệu được truy cập thông qua bitlines 2.4 Ứng dụng Bộ nhớ Cache 18 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 Một trong những ứng dụng nổi bật của SRAM là sử dụng làm bộ nhớ cache trong các hệ thống máy tính và thiết bị điện tử Bộ nhớ cache SRAM được đặt gần CPU hoặc GPU để tăng tốc độ truy cập dữ liệu SRAM được chọn vì tốc độ truy cập và khả năng cung cấp dữ liệu cho vi xử lý nhanh chóng, giúp cải thiện hiệu suất toàn hệ thống Vi xử lý SRAM được sử dụng trong vi xử lý làm bộ nhớ trung gian để lưu trữ dữ liệu tạm thời, tạo kết quả trung gian của các phép tính Tính năng này giúp vi xử lý truy xuất dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả hơn SRAM cũng có tính ổn định và không cần làm mới Router và thiết bị mạng Trong các thiết bị mạng như router và switch, SRAM được sử dụng để lưu trữ các bảng định tuyến và thông tin liên quan đến Hình 2.10: Ứng dụng nhúng mạng Ứng dụng nhúng Hệ thống nhúng có nguồn tài nguyên cực kỳ hạn chế Vậy nên, SRAM được sử dụng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh quan trọng Một số yếu tố được lưu trữ trong SRAM bao gồm: điều khiển thiết bị y tế, ô tô thông minh, hệ thống điều khiển công nghiệp và nhiều ứng dụng khác SRAM giúp đảm bảo tính ổn định của hệ thống và hiệu suất xử lý dữ liệu trong thời gian thực 19 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com) lOMoARcPSD|39222638 CHƯƠNG III: BỘ NHỚ TRUY CẬP NGẪU NHIÊN ĐỘNG(DRAM) 3.1 Tổng quan về Dram 3.1.1 Khái niệm Dram là gì? Hình 3 11: DRAM DRAM ( Dynamic Random Access Memory, tạm dịch: Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động) là một loại bộ nhớ chính (RAM) Loại bộ nhớ này được sử dụng phổ biến trong máy tính và các thiết bị điện tử DRAM được thiết kế để lưu trữ dữ liệu tạm thời ,cung cấp khả năng truy cập dữ liệu nhanh chóng cho bộ xử lý của máy tính 3.1.2 Một số loại DRAM phổ biến SDRAM SDRAM là một loại DRAM chạy đồng bộ tín hiệu đồng hồ của hệ thống máy tính.Tính năng này cho phép SDRAM đạt tốc độ truy cập dữ liệu cao hơn so với các phiên bản trước đó của DRAM,như FPM (Fast Page Mode) RAM.SDRAM giúp tăng cường hiệu suất của máy tính,được sử dụng rộng rãi trong các máy tính cá nhân và máy chủ DDR SDRAM DDR SDRAM là một phiên bản nâng cấp từ SDRAM.Phiên bản này sử dụng cách truyền dữ liệu hai lần trong mỗi chu kì đồng hồ.Nghĩa là DDR sẽ có tốc độ truy cập dữ liệu gấp đôi so với SDRAM cùng tốc độ đồng hồ DDR SDRAM có các phiên bản như DDR2, DDR3 và DDR4, mỗi phiên bản cải thiện tốc độ và hiệu suất so với các thế hệ trước ECC DRAM ECC DRAM là một dạng đặc biệt của DRAM đưuọc sử dụng trong các hệ thống yêu cầu tính ổn định,bảo mật cao như máy chủ và các máy tính dùng cho mục tiêu krit.Loại DRAM này có khả năng phát hiện và sửa lỗi dữ liệu,giúp ngăn chặn lỗi dữ liệu ngẫu nhiên có thể xảy ra trong qua trình lưu trữ ,truy cập dữ liệu 20 Downloaded by MON MON (monmon2@gmail.com)