Memory - Bộ nhớ potx

Memory - Bộ nhớ: Là không gian làm việc (workspace) của máy tính (về vật lý, bộ nhớ là một tập hợp các chip nhớ). Nó là một tài nguyên quan trọng của máy tính vì nó quyết định kích thước (size), số lượng các chương trình (number of program) có thể "chạy" đồng thời trong máy tính và số lượng dữ liệu có thể truy cập tức thời. Tất cả các tiến trình xử lý dữ liệu và thực thi chương trình đều diễn ra trong bộ nhớ. Các lệnh của chương trình (program instructions) được copy vào bộ nhớ từ đĩa từ, băng từ sau đó được trích từ bộ nhớ để chuyển vào đơn vị xử lý của CPU để được phân tích và thực hiện. Khi dữ liệu được đưa vào bộ nhớ, nội dung được lưu trữ trước đó tại không gian của bộ nhớ bị xóa đi. Khi dữ liệu nằm trong bộ nhớ, nó có thể được xử lý (tính toán, so sánh, sao chép ). Kết quả xử lý sẽ được hiển thị ra màn hình, máy in, đĩa hoặc băng từ và qua các kênh truyền thông (modem, mạng LAN nội bộ ). Bộ nhớ giống như một bàn cờ điện tử, với mỗi ô vuông lưu giữ một byte dữ liệu hoặc lệnh chương trình. Mỗi ô có một địa chỉ riêng biệt giống như địa chỉ nhà hoặc số hộp thơ bưu điện và có thể được truy xuất độc lập với nhau. Do vậy, máy tính có thể phân nhỏ các chương trình thành các lệnh nhỏ để thực thi và các tập dữ liệu (record) thành các trường (field) để xử lý. Hình minh họa: Dữ liệu được "đọc" ra từ đĩa vào bộ nhớ và được cho hiển thị trên màn hình. Không có bộ nhớ, máy tính không thể xử lý được bất cứ dữ liệu nào, cũng như không thể chuyển tải dữ liệu thẳng từ đĩa cứng ra màn hình hiển thị được. BỘ NHỚ THƯỜNG "KHÔNG NHỚ ĐƯỢC" - Điều đáng nói là "bộ nhớ" mà chúng ta thường hay đề cập tới - các loại RAM - không thể nhớ được bất cứ điều gì cả sau khi tắt máy. Đó là lý do tại sao chúng ta phải lưu các thông tin được xử lý vào đĩa cứng trước khi thoát chương trình hoặc tắt máy. Do vậy, về cơ bản có hai loại bộ nhớ: Bộ nhớ sơ cấp (primary memory) như là các loại RAM (Random Access Memory - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) và bộ nhớ thứ cấp (secondary memory) như là các loại đĩa hoặc băng từ. Bộ nhớ sơ cấp dùng để lưu trữ tạm thời lúc máy tính xử lý chương trình và (hoặc) truy cập dữ liệu. Bộ nhớ thứ cấp dùng để "thực sự" lưu trữ dữ liệu hoặc chương trình khi máy kết thúc công việc và tắt nguồn. Như vậy đĩa từ (đĩa mềm, đĩa cứng, CD-ROM ) mới là các thiết bị có khả năng "nhớ" thực sự. Do các thiết bị lưu trữ như đĩa từ, băng từ (bộ nhớ thứ cấp) sẽ được trình bày trong một chuyên đề riêng, nên trong chuyên đề này chúng tôi sẽ dùng chữ "bộ nhớ" để chỉ các loại bộ nhớ truyền thống mà chúng ta thường hay gọi (bộ nhớ sơ cấp). Một Số Loại Bộ Nhớ "Xưa và Nay" : Electrostatic Memory - Bộ nhớ tĩnh điện: Được sử dụng trong máy tính Whirlwind vào năm 1950, bộ nhớ là các ống chứa tĩnh điện (electrostatic storage tubes) rất cồng kềnh mỗi ống lưu trữ được 256 bit. Các bit "0" hoặc "1" được đọc khi các điểm tích điện nằm trên bề mặt của ống ở trong tình trạng có hoặc không được nạp điện. Magnetic Core Memory - Bộ nhớ Lõi Từ: Năm 1952, các ống tĩnh điện máy tính Whirlwind được thay thế bởi các lõi từ (magnetic core) có độ bền hơn rất nhiều lần. Hướng của năng lượng từ (magnetic energy) trong lõi từ sẽ quyết định giá trị của ô nhớ là "0" hay "1". Tương tự như các ống tĩnh điện, mỗi tấm lõi từ chứa được 256 bit dữ liệu. Magnetic Drum Memory - Bộ nhớ Trống Từ: Là loại thiết bị nhớ được sử dụng trong máy tính IBM 650 vào năm 1954. Nó có thể lưu trữ khoảng 2000 từ có 10-chữ số (10-digit word). Dung lượng bộ nhớ như vậy có thể được chế tạo với công nghệ ngày nay cho phép thu nhỏ đến một điểm nhỏ như đầu kim. Xem hình Magnetic drum memory: RAM - SIMM - DIMM RAM (Random Access Memory) - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên: Đây là từ chung chỉ bộ nhớ hay "không gian làm việc" (workspace) của máy tính. Từ "ngẫu nhiên" (random) ở đây muốn nói đến khả năng truy cập trực tiếp đến nội dung chứa trong các ô nhớ mà không cần "tham khảo" hoặc "quan tâm" đến các ô nhớ phía trước hoặc phía sau các ô nhớ chứa dữ liệu đó. Đây là điểm khác biệt chính so với khái nhiệm "truy cập tuần tự" (sequential access) trong các thiết bị băng từ. Trong băng từ, muốn truy cập đến phần thông tin được lưu giữ ở phần giữa băng, ta phải cho băng cuộn tuần tự từ đầu đến trước phần chứa thông tin mới truy cập được. Đặc tính truy cập ngẫu nhiên cũng đúng đối với các công nghệ bộ nhớ khác như ROM (read only memory - Bộ nhớ chỉ đọc), PROM (Programmable Read Only Memory - Bộ nhớ chỉ đọc cho phép lập trình ghi lại được) là các bộ nhớ có thể lưu trữ dữ liệu ngay cả khi cúp điện. VRAM (Video RAM): Là loại bộ nhớ có hai cổng dữ liệu (dual-ported) thường được thiết kế trên card xử lý hình ảnh hoặc đồ họa. Một cổng được hướng ra màn hình để làm tươi và cập nhật hình ảnh. Cổng thứ hai được "nối" với CPU hoặc bộ điều khiển đồ họa nhằm thay đổi dữ liệu hình ảnh trong bộ nhớ. DRAM (Dynamic RAM) - Là loại RAM "động": Nó sử dụng một mạch bán dẫn và một tụ điện (transistor và capacitor) để thể hiện một 1-bit dữ liệu. Các tụ điện cần phải được nạp điện (thường được gọi là làm tươi - refresh) hàng trăm lần mỗi giây để bảo đảm toàn dữ liệu. Khi mất điện thì toàn bộ nội dung lưu trong DRAM mất hết. DRAM là loại RAM được sử dụng rộng rãi nhất trong các thế hệ máy tính. EDRAM (Enhanced DRAM): Là một loại DRAM được phát triển bởi hãng Enhanced Memory Systems Inc. Đây là một loại DRAM có bao gồm một phần nhỏ SRAM (Bộ nhớ tĩnh - Static RAM). EDO RAM (Extended Data Out RAM): Một loại DRAM làm tăng cường khả năng hoạt động của bộ nhớ FPM (Fast Page Mode). EDO loại trừ các trạng thái chờ (wait states) bằng cách giữ cho bộ đệm kết xuất (output buffer) trong tình trạng kích hoạt (ative) cho tới chu kỳ xử lý tiếp theo. BEDO (Burst EDO) là một loại EDO rất nhanh có thể đạt tốc độ cao bằng cách sử dụng một bộ đếm địa chỉ (address counter) cho các địa chỉ kế tiếp và một giai đoạn lồng ống (pipeline stage) để cho phép thực hiện các tác vụ xen kẽ (overlapping operations). SRAM (Static RAM) - Là loại RAM "tĩnh": SRAM cũng cần có điện để lưu trữ và bảo toàn dữ liệu, SRAM có số lần nạp điện nhiều hơn và không đòi hỏi phải "làm tươi" lại mạch (refesh circuitry) như DRAM. Tuy nhiên SRAM thường cồng kềnh và tiêu thụ nhiều năng lượng hơn DRAM. SDRAM (Synchronous DRAM) - DRAM đồng bộ: SDRAM được thiết kế dựa trên các chíp DRAM chuẩn nhưng có thêm các đặc tính phức tạp và tinh vi khiến SDRAM trở nên nhanh hơn rất nhiều so với DRAM thường. Thứ nhất, các chip SDRAM được chế tạo đủ nhanh để có thể đồng bộ hóa với xung nhịp của CPU, loại bỏ được các trạng thái chờ (wait states). Thứ hai, các chip SDRAM được chia thành hai "khoang" riêng biệt, nên dữ liệu cần xử lý có thể được sắp xếp thứ tự hơn: khi một bit ở khoang này đang được xử lý, thì 1-bit khác ở khoang kia ở trạng thái chuẩn bị cứ như thể SDRAM có thể đẩy nhanh tiến độ xử lý các ký tự liên tiếp nhau rút ngắn chỉ còn 10ns (nano second) so với thời gian 60ns để xử lý ký tự đầu tiên. SDRAM cung cấp tốc độ chuyển dữ liệu lên đến 800Mbps hoặc 1 Gbps tùy thuộc vào kênh truyền là 100Mhz hoặc 133Mhz. SDRAM sử dụng hệ thống tiếp xúc (với Mainboard) có 168 điểm tiếp xúc (168-pin). Xem hình SDRAM: ESDRAM (Enhanced SDRAM): Một loại SDRAM được phát triển bởi hãng Enhanced Memory Systems Inc. ESDRAM thay thế các loại SRAM đắt tiền trong các hệ thống thiết bị nhúng (embedded systems), có tốc độ tương đương nhưng với mức tiêu thụ năng lượng ít hơn và chi phí thấp hơn. SGRAM (Synchronous Graphics RAM) - Bộ nhớ đồ họa đồng bộ: Là một loại bộ nhớ động (DRAM) tương tự SDRAM nhưng có thêm các tính năng đồ họa được tăng cường để sử dụng với các card màn hình (display adapter). Các chức năng Block Write và Mask Write của nó cho phép bộ đệm lưu giữ các khung hình (frame buffer) được xóa nhanh và các điểm được chọn trước có thể được hiệu chỉnh nhanh hơn. SGRAM thường được sử dụng trong card đồ họa của các máy tính xách tay. DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM): Là loại bộ nhớ có tốc độ chuyển dự liệu gấp đôi so với SDRAM do khả năng chuyển dữ liệu trên cả hai cạnh lên và xuống (rising and falling edges) của xung nhịp đồng hồ. DDR SDRAM sử dụng các chân nguồn và chân nối đất nhiều hơn nên đòi có số điểm tiếp xúc là 184 chân (184-pin). SIMM (Single In-line Memory Module): Một bản mạch in nhỏ chứa các chip nhớ được sử dụng như là bộ nhớ trong các dòng máy trước đây. Khe gắn bộ nhớ SIMM trên Mainboard thường được gọi là khe SIMM. Bộ nhớ SIMM thường phải đi theo cặp. DIMM (Dual In-Line Memory Module): DIMM là loại có số đường dữ liệu (data path) tiếp xúc với mainboard nhiều gấp đôi so với SIMM (đường dữ liệu không chỉ đơn giản tính số chân) vì khả năng tiếp xúc với mainboard bằng hai đường cạnh độc lập. Các loại RAM như : SDRAM, DDRAM và RDRAM của RAMBUS thuộc loại bộ nhớ DIMM. SO-DIMM (Small Outline DIMM): Là một loại DIMM nhớ có kích thước mỏng hơn do sử dụng công nghệ đóng gói chip TSOP (Thin Small Outline Package) và thông thường được sử dụng trong các máy tính xách tay (laptop, notebook). Page Mode Memory - Bộ nhớ sử dụng chế độ trang: Cơ chế trước đây dùng để tăng cường tốc độ cho các chip DRAM. Nó cũng được biết dưới tên "Fast Page Mode-memory" (FPM) - "Bộ nhớ Chế độ trang nhanh". Các công nghệ bộ nhớ như EDO, SDRAM, DDR và RDRAM hoạt động theo page mode memory. RDRAM (Rambus DRAM): Là một loại DRAM được phát triển bởi Hãng RAMBUS Inc. (Mountain View, CA-USA). RAMBUS đã cấp phép sản xuất DRAM theo công nghệ của mình cho các nhà sản xuất bộ nhớ khác trên khắp thế giới. RDRAM được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1995 có tốc độ 600Mbytes/giây. Năm 1997, các thanh Concurrent RDRAM (RDRAM đồng quy, chạy đồng thời) nâng tốc độ lên 700Mbytes/giây và trong năm 1998, Direct RDRAM đã đẩy tốc độ lên tới 1.6Gbps. Concurrent RDRAM (RDRAM đồng quy) đã được sử dụng trong các máy chơi video nhưng Direct RDRAM lại được sử dụng trong máy tính. Do vậy, kể từ sau đây, khi chúng tôi dùng chữ RDRAM, vui lòng hiểu là Direct RDRAM, ngoại trừ khi có giải thích gì khác. RDRAM sử dụng các module bộ nhớ dạng RIMM, có cấu trúc & hình dánh tương tự như DIMM nhưng các điểm tiếp xúc có sắp xếp khác nhau. RDRAM có thể được xây dựng với hai kênh truyền thông riêng biệt (dual channel), cho phép nâng tốc độ chuyển dữ liệu lên tới 3.2Gbytes/giây. Hãng Intel đã đầu tư vào công nghệ này và có đóng góp tích cực trong việc thiết kế Rambus / RDRAM. Bộ nhớ RDRAM trong máy tính phải được sử dụng theo cặp, mỗi cặp cung cấp tổng dung lượng chuyển tải thông lượng tối đa là 3.2Gbytes/giây (peak bandwidth). Do RDRAM hoạt động ở tần số rất cao và toả nhiệt nhiều, mỗi thanh RDRAM được bọc bởi lớp vỏ kim loại nhằm mục đích giúp RDRAM tản nhiệt tốt hơn. RDRAM cung cấp một kiến trúc DRAM hoàn toàn mới cho các máy tính cá nhân cao cấp. Dữ liệu được truyền với tốc độ 800Mhz qua một kênh truyền hẹp 16-bit so với loại SDRAM hiện nay là 100-133 Mhz qua kênh truyền rộng 64-bit. Xem hình: Các loại SIMM-DIMM RAM và Các công nghệ RAM động. RIMM: Là tên thương mại của loại module bộ nhớ Direct Rambus. RIMM có hình dáng gần giống như module DIMM của các loại SDRAM thường và có khả năng truyền dữ liệu 16-bits mỗi lần. RIMM Connector : là khe gắn bộ nhớ RIMM (RDRAM) trên Mainboard. SO-RIMM: Là loại RDRAM được sử dụng trong các máy tính xách tay (notebook/laptop . loại bộ nhớ: Bộ nhớ sơ cấp (primary memory) như là các loại RAM (Random Access Memory - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) và bộ nhớ thứ cấp (secondary memory) như là các loại đĩa hoặc băng từ. Bộ nhớ. với các công nghệ bộ nhớ khác như ROM (read only memory - Bộ nhớ chỉ đọc), PROM (Programmable Read Only Memory - Bộ nhớ chỉ đọc cho phép lập trình ghi lại được) là các bộ nhớ có thể lưu trữ. " ;bộ nhớ& quot; để chỉ các loại bộ nhớ truyền thống mà chúng ta thường hay gọi (bộ nhớ sơ cấp). Một Số Loại Bộ Nhớ "Xưa và Nay" : Electrostatic Memory - Bộ nhớ tĩnh điện: Được sử dụng