Random Access Memory

Ram (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất bất kỳ, còn gọi là bộ nhớ đọc viết (RWM – Read Write Memory).

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SÀI GÒN TCT-1102 Thành viên: Nguyễn Thanh Tâm Nguyễn Quốc Huy Đặng Quang Phúc (Random Access Memory) I Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động ram  Ram (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất bất kỳ, gọi nhớ đọc viết (RWM – Read Write Memory) Nghĩa địa nhớ cho phép dể dàng truy cập Trong máy tính RAM dùng nhớ tạm hay nhớ nháp Ưu điểm: RAM đọc hay viết liệu lưu trữ RAM lúc Nhược điểm: RAM dạng nhớ bay (volatile) nên điện liệu bị xóa hồn tồn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SÀI GÒN TCT-1102  Hoạt động đọc (Read Operation) - Mã địa nhận từ chọn ghi để đọc viết Để đọc ghi chọn đầu vào đọc ghi ( ) phải logic Ngoài đầu vào chip select mức logic Sự kết hợp = phải = cho phép đệm đầu ra, cho nội dung ghi chọn xuất bốn đầu liệu = cấm đệm đầu vào nên đầu vào liệu không tác động đến nhớ suốt hoạt động đọc  Hoạt động ghi (Write Operation) - Để viết từ bit vào ghi chọn, cần phải có = = Tổ hợp cho phép đệm đầu vào, từ bit đặt vào liệu nạp vào ghi chọn = cấm đệm đầu Bộ đệm đầu đệm trạng thái nên đầu liệu trạng thái Hi-Z hoạt động ghi Hoạt động ghi xóa bỏ từ lưu trữ địa  Chọn chip (Chip Select) - Hầu hết chip nhớ có hay nhiều đầu vào CS dùng phép toàn chip cấm hồn tồn Trong chế độ cấm, tất đầu vào liệu bị vô hiệu hóa (Hi-Z), khơng hoạt động ghi đọc xảy Ngồi tên gọi CHỌN CHIP nhà sản xuất gọi CHIP ENABLE (CE) Khi đầu vào CS hay CE trạng thái tích cực chip nhớ chọn cịn ngược lại khơng chọn Tác dụng chân CS hay CE dùng để mở rộng nhớ kết hợp nhiều chip nhớ với  Các chân vào chung (Common Input Output) - Để hạn chế số chân IC, nhà sản xuất thường kết hợp chức nhập/xuất liệu, dựa vào chân vào/ra (I/O) Đầu vào điều khiển chân vào/ra Trong hoạt động đọc, chân I/O đóng vai trị đầu liệu, tái tạo nội dung ô nhớ chọn Trong hoạt động ghi, chân I/O đầu vào liệu, liệu cần ghi đưa vào BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SÀI GÒN TCT-1102 II Cấu trúc kiểu IC nhớ (DIP, SIP, SOJ, TSOP) Integrated circuit gọi tắt IC mạch điện chứa linh kiện bán dẫn (như transistor) linh kiện điện tử thụ động (như điện trở) kết nối với nhau, kích thước cỡ micrômét (hoặc nhỏ hơn) chế tạo công nghệ silicon cho lĩnh vực điện tử học Khái quát: IC nhớ liên lạc với giới bên ngồi thơng qua đường dây : Đường địa Đường liệu Đường điều khiển Địa nhớ dạng nhị phân mạch chuyển đổi IC nhớ chuyển đổi số nhị phân thành tín hiệu cụ thể Các đường liệu đưa giá trị nhị phân đến địa định Các đường điều khiển dùng để điều hành IC nhớ Cấu trúc: (dựa vào chức mục đích sử dụng mà có nhiều loại IC khác nhau) IC DRAM TMS44100 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SÀI GÒN TCT-1102 Các kiểu IC nhớ: DIP (Dual In-line Package): chip nhớ máy tính cá nhân sử dụng dạng chân cắm gọi DIP, kiểu đóng gói hàng đơi có chíp dạng “bọ” (bug) truyền thống, với đến 40 chân xếp thành hai hàng SIP (Single In-line Package) : kiểu đóng gói hàng đơn với chân cắm chạy thành hàng lược (ít dùng khơng tìm phụ tùng thay thế) SOJ (Small-Out-line "J" Lead): kiểu IC sử dụng phổ biến nay, chân dẫn thò từ IC bẻ cong xuống duới gói IC thành hình chữ “J” Có thể thay module SIMM SOJ TSOP (Thin Small-Outline Package) : Giống SOJ thân IC mảnh sử dụng máy laptop, PCMCIA TSOP III.Các tổ chức nhớ hệ thống máy tính (Bộ nhớ quy ước (Conventional Memory), Bộ nhớ mở rộng (Extended Memory), Bộ nhớ bành trướng (Expanded Memory), Vùng nhớ trên(Upper Memory Area), Vùng nhớ cao (High Memory Area) Bộ nhớ quy ước (Conventional Memory): Là lớp Nếu máy tính có chip nhớ với tổng dung lượng 640 KB, toàn nhớ quy ước Các chương trình chạy DOS BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SÀI GÒN TCT-1102 phải dùng kiểu nhớ Bộ nhớ mở rộng (extended memory): Là lớp nhớ quy ước, UMB HMA Máy 286 có tới 15 MB nhớ mở rộng, 386 lý thuyết cho phép đạt tới GB (4 tỉ bytes) Về mặt kỹ thuật, HMA 64 KB nhớ mở rộng, nhiên thực tế HMA phần lại nhớ mở rộng xem lớp riêng biệt Bộ nhớ bành trướng (expanted memory): kiểu nhớ yêu cầu khối 64 KB vùng nhớ trên(UMA) Nếu chương trình cần nhiều 64 KB nhớ bành trướng, phần nhớ bành trướng trao đổi qua khối UMA Phương pháp cho phép có nhớ bành trướng dung lượng lớn mà không cần phải dự trữ vùng lớn bên nhớ phân lớp Vùng nhớ trên(Upper Memory Area): Là lớp chiếm tới 384 KB, cao vùng nhớ quy ước Vùng (gọi tắt UMA) bao gồm khối (, khối 64 KB Do DOS đặt vùng bên dành cho chức phần cứng, bạn thêm vào chip nhớ để lấp đầy nhớ Thông thường, UMA phần cứng đặt mạch chủ sử dụng Các phần cứng là: mạch video, mạch giao diện máy quét hình (scanner interface) ROM Vùng nhớ cao (The high memory area): Gọi tắt HMA, vùng 64 KB khối UMB Chỉ có vài trình tiện ích dùng đến vùng nhớ Đó HIMEM.SYS Windows, QEMM-386 QUARterdeck số phần mềm mạng IV Các loại nhớ vật lý (SRAM, VRAM, FPMDRAM, EDO RAM, SDRAM, DDRAM, RDRAM) SRAM (Satic Ram gọi RAM tĩnh): loại nhớ sử dụng công nghệ bán dẫn Từ "tĩnh" nghĩa nhớ lưu liệu có điện, khơng RAM động cần nạp lại thường xuyên Không nên nhầm RAM tĩnh với nhớ đọc nhớ flash RAM tĩnh lưu liệu có điện VRAM (Video Ram):Là loại nhớ có hai cổng liệu (dual-ported) thường thiết kế card xử lý hình ảnh đồ họa Một cổng hướng hình để làm tươi cập nhật hình ảnh Cổng thứ hai "nối" với CPU điều khiển đồ họa nhằm thay đổi liệu hình ảnh nhớ FPMDRAM (Fast Page Mode DRAM): Ðây dạng cải tiến DRAM, nguyên lý FPM DRAM chạy lẹ DRAM tí cải tiến cách dị địa trước truy cập thông tin Những loại RAM FPM khơng cịn sản xuất thị trường BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SÀI GÒN TCT-1102 EDORAM (Extended Data Out DRAM): Là dạng cải tiến FPM DRAM, chạy lẹ FPM DRAM nhờ vào số cải tiến cách dò địa trước truy cập data Một đặc điểm EDO DRAM cần support system chipset Loại memory nầy chạy với máy 486 trở lên (tốc độ 75MHz) EDO DRAM cũ so với kỹ thuật EDO-DRAM chạy lẹ FPM-DRAM từ 10 - 15% SDRAM (Synchronous DRAM): Ðây loại RAM có nguyên lý chế tạo khác hẳn với loại RAM trước Như tên gọi "synchronous" DRAM, synchronous có nghĩa đồng bộ, bạn học vềđiện tử số rõ ý nghĩ tính đồng (Synchronous khái niệm quan trọng lĩnh vực digital, giới hạn chun mơn tơi lấy làm khó giải thích Bạn cần biết RAM hoạt động memory controller (hay clock controller), thông tin truy cập hay cập nhật mổi clock (dịng điện) chuyển từ sang 1, "synchronous" có nghĩa lúc clock nhảy từ sang khơng clock qua hồn tồn (khi clock chuyển từ sang hay ngược lại, cần khoảng thời gian interval, vô ngắn khoảng thời gian, SDRAM không cần chờ khoảng interval kết thúc hoàn toàn cập nhật thông tin, mà thông tin bắt đầu cập nhật khoảng interval) Do kỹ thuật chế tạo mang tính bước ngoặc nầy, SDRAM hệ sau có tốc độ cao hẳn loại DRAM trước Đây loại RAM thông dụng thị trường nay, tốc độ 66-100-133Mhz ) RDRAM (Rambus DRAM): Là loại DRAM phát triển hãng RAMBUS RDRAM sử dụng module nhớ dạng RIMM, có cấu trúc & hình dánh tương tự DIMM điểm tiếp xúc có xếp khác RDRAM xây dựng với hai kênh truyền thông riêng biệt (dual channel), cho phép nâng tốc độ chuyển liệu lên tới 3.2Gbytes/giây Bộ nhớ RDRAM máy tính phải sử dụng theo cặp, cặp cung cấp tổng dung lượng chuyển tải thông lượng tối đa 3.2Gbytes/giây (peak bandwidth) Do RDRAM hoạt động tần số cao toả nhiệt nhiều, RDRAM bọc lớp vỏ kim loại nhằm mục đích giúp RDRAM DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM): loại nhớ có tốc độ chuyển dự liệu gấp đôi so với SDRAM khả chuyển liệu hai cạnh lên xuống (rising and falling edges) xung nhịp đồng hồ DDR SDRAM sử dụng chân nguồn chân nối đất nhiều nên địi có số điểm tiếp xúc 184 chân (184-pin) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SÀI GỊN TCT-1102 V Các kiểu dáng RAM có thị trường (SIMM, DIMM, RIMM) Đặc tính loại SIMM (Single In-line Memory Module): mạch in nhỏ chứa chip nhớ sử dụng nhớ dòng máy trước Khe gắn nhớ SIMM Mainboard thường gọi khe SIMM Bộ nhớ SIMM thường phải theo cặp RAM dùng cho khe cắm dạng SIMM có hai loại 30 pins 72 SIMM (Single In-Line Memory Module): Ðây loại pins Người ta hay gọi rõ 30-pin SIMM 72-pin SIMM Loại RAM (có giao tiếp qua khe SIMM) thường tải thông tin lần 8bit, sau phát triển lên 32bits Bạn không cần quan tâm đến cách vận hành nó, ngồi thị trường bạn cần nhận dạng SIMM có 30 72 pins Có loại: 30pin-72pin DIMM (Dual In-Line Memory Module): DIMM loại có số đường liệu (data path) tiếp xúc với mainboard nhiều gấp đôi so với SIMM (đường liệu khơng đơn giản tính số chân) khả tiếp xúc với mainboard hai đường cạnh độc lập Các loại RAM : SDRAM, DDRAM RDRAM RAMBUS thuộc loại nhớ DIMM Cũng gần giống loại SIMM RAM cắm khe dạng DIMM có số pins 72 168 Một đặc điểm khác để phân biệt RAM DIMM với RAM SIMM chân (pins) RAM SIMM dính lại với tạo thành mảng để tiếp xúc với khe cắm bo mạch chủ RAM DIMM có chân hoàn toàn cách rời độc lập với Một đặc điểm phụ RAM DIMM cài đặt thẳng đứng (ấn miếng RAM thẳng đứng vào khe cắm) RAM SIMM ấn vào nghiêng khoảng 45 độ Thông thường loại 30 pins tải data 16bit, loại 72 pins tải data 32bit, loại 144 (cho notebook) hay 168 pins tải data 64bit RIMM: Là tên thương mại loại module nhớ Direct Rambus RIMM có hình dáng gần giống module DIMM loại SDRAM thường có khả truyền liệu 16-bits lần RIMM Connector : khe gắn nhớ RIMM (RDRAM) Mainboard VI: CÔNG NGHỆ DDR DDR (Double Data Rate):có tốc độ truyền tải liệu gấp đơi Với công nghệ này, xung đồng hồ (bus) SDRAM, DDR có khả truyền tải (băng thông) gấp đôi Chẳng hạn, PC100 SDRAM (bus 100 MHz) có băng thơng 800 MB/s, PC1600 DDR với bus 100 MHz lại có băng thơng 1.600 MB/s Sự Khác Nhau Về Hình Dáng Và Cấu Trúc Của DDR,DDR2,DDR3: DDR phổ biến biết đến DDR1 đồng Double Data Rate giao diện cung cấp hai liệu chuyển giao cho đồng hồ phân Dữ liệu trở nên đăng ký CK [cao] phía +, / CK [thấp -] phụ DDR1 sử dụng tiêu chuẩn JEDEC cho Double Date Rate [DDR I] SDRAM Giống tất RAM DDR có sẵn đăng ký hay-buffered un DIMMs đăng ký thường gọi FB-DIMM có địa họ kiểm sốt dịng đệm để giảm tải tín hiệu FB-DIMM đắt đáng kể un-buffered DIMM thường sử dụng dành riêng cho máy chủ Có người BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SÀI GÒN TCT-1102 đam mê / prosumer / game thủ sử dụng FB-DIMM CPU họ Un-buffered DIMM khơng tính dịng địa đệm dịng điều khiển, họ chút chi phí Tuy nhiên, họ tải hệ thống hạn chế thường bị giới hạn số gắn vào hệ thống Hình ảnh: DDR 512 DDR2: Bộ nhớ DDR2 hệ thứ hai nhớ DDR DDR2 bắt đầu với mức tốc độ 400MHz thấp có tốc độ 400MHz thực tốc độ cao cho DDR1 Đó chút lạ có độ trễ khác 400MHz DDR1 làm tốt DDR2 400MHz, trả lợi cho DDR2 tốc độ đạt tới 532MHz bước kế tiếp, mà DDR1 với tới Hình Ảnh DDR2 800 DDR3: hệ thứ ba nhớ DDR DDR3 bắt đầu với mức công suất thấp 800Mbps lên đến 1600Mbps với tốc độ bus 2000MHz cao hiệu suất cao với mức tiêu thụ điện thấp Là lợi ích lớn, kể từ hoạt động điện áp 1.5V cho DDR3 so với 1.8V cho DDR2 Hạ nhiệt tạo ra, có nghĩa hệ thống chạy mát Hình ẢnhDDR3 BUS 1600 VII Cache gì? Ngun lý hoạt động? Có loại cache? Ứng dụng cache lĩnh vực máy tính nay? Cơng nghệ cache sử dụng loại RAM nào? Tại nhà sản xuất không tăng cache lên thật nhiều mà phải tăng lượng nhỏ (256KB, 512KB, 1MB, 2MB, 3MB, 6MB, 12MB, 16MB) Cache nhớ đệm CPU,cache nằm CPU cạnh lõi xử lý CPU muốn đọc hay ghi vị trí Ram trước hết tìm L1 cache xem có sẵn liệu khơng khơng tìm nhớ cache cịn lại Cache giúp giảm tình trạng thắt nút cổ chai RAM CPU Nguyên lý hoạt động: Khối tìm nạp CPU tìm kiếm lệnh để thực thi Cache lệnh L1 Nếu tìm kiếm Cache L2 Sau khơng có phải truy cập vào nhớ RAM để nạp lệnh Khi CPU nạp lệnh từ vị trí nhớ mạch gọi điều khiển Cache nhớ nạp vào Cache nhớ khối liệu nhỏ bên vị trí hành mà CPU vừa nạp Do chương trình thường thực theo cách nên vị trí nhớ mà CPU u cầu vị trí bên vị trí nhớ mà vừa nạp Cũng BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SÀI GÒN TCT-1102 điều khiển Cache nhớ nạp số liệu bên vị trí đọc CPU nên liệu nằm bên Cache nhớ, CPU khơng cần phải truy cập vào RAM để lấy liệu đó: nạp vào bên Cache nhớ nhúng CPU, điều làm cho truy cập với tốc độ clock bên Lượng liệu gọi dịng thường có chiều dài 64 byte Bên cạnh việc nạp số lượng nhỏ liệu này, điều khiển nhớ tìm cách đốn xem CPU u cầu Một mạch có tên gọi mạch tìm nạp trước, nạp nhiều liệu đặt sau 64 byte từ RAM vào Cache nhớ Nếu chương trình tiếp tục nạp lệnh liệu từ vị trí nhớ theo cách lệnh liệu mà CPU hỏi nạp vào Cache nhớ từ trước Có loại Cache ( L1, L2, L3): Bộ nhớ cache L1 Cache mức từ tới 32 KB Trong khi, L2 Cache đẩy lên dần tới cao Pentium M Dothan MB (cho máy tính xách tay) Pentium Prescott MB (máy để bàn) Riêng dòng CPU dành cho dân chơi game dân multimedia “prồ” Pentium Extreme Edition bổ sung L3 Cache với dung lượng MB Đây CPU để bàn có tổng nhớ cache lớn (L1: KB, L2: 512 KB, L3: MB) Ứng dung: Cache thực tế áp dụng công nghệ Share Cache hai nhân đem lại sức mạnh xử lý đa luồng cho Chip CPU Cache hỗ trợ cho việc truy xuất Công nghệ cache sử dung loại ram: BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SÀI GỊN TCT-1102 VIII CƠNG NGHỆ NANO VÀ NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG: Công nghệ Nano: Công nghệ Nano Thermal Dissipation sử dụng phân tử Silicon tản nhiệt với kích thước Nano giúp giải phóng nhiệt nhanh Thiết kế giải vấn đề nhiệt độ phân tử Silicon có bề mặt tản nhiệt cao hơn, giúp tản nhiệt nhanh so với thiết bị khác Nguyên lý hoạt động: Một tính chất quan trọng cấu trúc nano phụ thuộc vào kích thuớc Vật chất dạng vi thể (nano-size) có tính chất mà vật chất dang nguyên thể (bulk) thấy đuợc Khi kích thuớc vật chất trở nên nhỏ tới kích thuớc nanơmét, điện tử khơng cịn di chuyển chất dẫn điện dịng sơng, mà đặc tính lượng tử điện tử biểu dạng sóng Kích thuớc nhỏ dẫn đến tượng lượng tử tạo cho vật chất có thêm đặc tính kỳ thú Một vài hệ hiệu ứng lượng tử bao gồm, chẳng hạn như: Hiệu ứng dường hầm: điện tử tức thời chuyển động xuyên qua lớp cách điện IX.Flash Memory Flash memory thật memory thơi (chứa thơng tin, đọc xố được) điển hình cuả memory RAM Do flash memory đơi cịn gọi flash RAM Flash RAM khác loại RAM bình thường chổ ghi hay đọc thơng tin ghi đọc mảng khơng phải byte RAM Chính lý nầy mà flash RAM chạy lẹ RAM bình thường số trường hợp Thường flash RAM dùng để vận hành BIOS cịn chức khác bị giới hạn Ðặc tính bất lợi flash BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SÀI GỊN TCT-1102 RAM có điạ cho mảng (block) mà thôi, programming sử lý data đơi khơng thể thay RAM hoàn toàn Intel cho đời loại flash RAM có block bytes, tăng khả chứa lên gấp đôi, nói cách khác chạy gần gấp đơi RAM bình thường ... (Conventional Memory) , Bộ nhớ mở rộng (Extended Memory) , Bộ nhớ bành trướng (Expanded Memory) , Vùng nhớ trên(Upper Memory Area), Vùng nhớ cao (High Memory Area) Bộ nhớ quy ước (Conventional Memory) :... thời chuyển động xuyên qua lớp cách điện IX.Flash Memory Flash memory thật memory (chứa thông tin, đọc xố được) điển hình cuả memory RAM Do flash memory đơi cịn gọi flash RAM Flash RAM khác loại... rộng, nhiên thực tế HMA phần cịn lại nhớ mở rộng xem lớp riêng biệt Bộ nhớ bành trướng (expanted memory) : kiểu nhớ yêu cầu khối 64 KB vùng nhớ trên(UMA) Nếu chương trình cần nhiều 64 KB nhớ bành