kiến trúc máy tính ram

Trong hệ điều hành có một loại thiết bị lưu trữ đó là RAM Random Access Memory là một loại bộ nhớ chính của máy tính được truy cập ngẫu nhiên vì nó có đặc tính: thời gian thực hiện thao

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

.

.

.

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 1

LỜI MỞ ĐẦU 3

I Khái niệm về RAM : 5

a Định nghĩa 5

b Cách tính dung lượng của memory (RAM) 5

c Số Pin của Ram 6

II Phân loại RAM 7

III Các loại Ram thông dụng: 8

IV Nhiệm vụ của RAM 10

V Cách thức truy cập của RAM 11

a Cấu tạo một chip nhớ 11

b Cách thức truy cập chip nhớ 12

VII Cấu trúc hoạt động của DRAM 16

KẾT LUẬN 19

Line download tài liệu 21

LỜI MỞ ĐẦU

Máy tính được dùng rộng rãi trong các lĩnh vực nghề nghiệp như giáo dục,

thông tin, giải trí, ngân hàng, kinh doanh, y tế, dự báo thời tiết, và nghiên cứu khoa học Tại nhà, chúng ta dùng máy tính để liên lạc với người khác, giải trí, thực hiện việc tìm kiếm, viết và soạn bài tập, tạo ảnh, theo dõi tài chính cá nhân và rất nhiều việc khác Để thực hiện các thao tác này và các nhiệm vụ của người sử dụng, máy tính cần được trang bị một hệ điều hành và các chương trình phần mềm

Hệ điều hành là một chương trình chạy trên máy tính, dùng để điều hành,

quản lý các thiết bị phần cứng và các tài nguyên phần mềm trên máy tính Đóng

vai trò trung gian trong việc giao tiếp giữa người sử dụng và phần cứng máy tính, cung cấp một môi trường cho phép người sử dụng phát triển và thực hiện các ứng dụng của họ một cách dễ dàng

Hệ điều hành còn cung cấp môi trường cho các chương trình thực thi Nội tại, các hệ điều hành rất khác biệt nhau về kiến trúc, chúng được tổ chức cùng với các dòng khác nhau Trong hệ điều hành có một loại thiết bị lưu trữ đó là RAM

(Random Access Memory) là một loại bộ nhớ chính của máy tính được truy cập

ngẫu nhiên vì nó có đặc tính: thời gian thực hiện thao tác đọc hoặc ghi đối với mỗi

ô nhớ là như nhau, cho dù đang ở bất kỳ vị trí nào trong bộ nhớ Mỗi ô nhớ của

RAM đều có một địa chỉ bộ nhớ có thể đọc/ghi Và RAM được chia làm 2 phần là Storage và Program:

+ Storage: Là phần lưu trữ tất cả các chương trình phần mềm được cài vào

máy Bạn có thể hình dung Storage như là ổ cứng của máy tính với các chức năng gần như tương tự

+ Program: Là một phần bộ nhớ dành để tải và lưu tạm các chương trình Các chương trình này sẽ bị xoá nếu bạn soft reset và khi Windows khởi động, program

sẽ lại tiếp tục đảm nhận chức năng của mình

Khi thực thi lệnh, Hệ điều hành tự động điều chỉnh giữa Storage và Program sao cho hợp lý Các chương trình được Program lưu trữ tạm sẽ bị mất khi bạn hard reset.

Bởi vì các chip RAM có thể đọc hay ghi dữ liệu nên thuật ngữ RAM cũng

được hiểu như là một bộ nhớ đọc-ghi, trái ngược với bộ nhớ chỉ đọc ROM

(read-only memory)

Bộ nhớ RAM có 4 đặc trưng sau:

+ Dung lượng bộ nhớ: Tổng số byte của bộ nhớ

+ Tổ chức bộ nhớ: Số ô nhớ và số bit cho mỗi ô nhớ

+ Thời gian thâm nhập: Thời gian từ lúc đưa ra địa chỉ của ô nhớ đến lúc đọc

được nội dung của ô nhớ đó

+ Chu kỳ bộ nhớ: Thời gian giữa hai lần liên tiếp thâm nhập bộ nhớ

Qua đây chúng em xin giới thiệu sơ lược phần nào về bộ nhớ RAM mà nhóm chúng em đã thực hiện Trong bài tiểu luận dưới đây có gì sai sót mong thầy và các bạn góp ý để chúng em hoàn thành tốt hơn Và chúng em cũng chân thành cảm ơn thầy Phạm Tuấn Hiệp đã hướng dẫn và giúp cho chúng em hoàn thành bài tiểu

luận này

I/ Khái niệm về RAM.

a/ Định nghĩa:

• RAM (Random Access Memory : bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) là nơi máy tính sử dụng để lưu trữ tạm thời dữ liệu cho các chương trình đang

chạy, hay các file đang mở để giúp CPU xử lý tốt nhất RAM dùng để chỉ bộ

nhớ chính của hệ thống Thuật ngữ RAM còn được hiểu là Read-And-write

Memory (bộ nhớ có thể đọc và ghi) Nghĩa là bạn có thể ghi dữ liệu vào RAM

và đọc dữ liệu từ RAM RAM phải được nuôi bằng nguồn điện Khi tắt máy

các dữ liệu trong RAM sẽ mất đi, nó trái ngược với bộ nhớ ROM

Cấu trúc một thanh Ram

b/ Cách tính dung lượng của memory (RAM) :

• Thông thường RAM có hai chỉ số, ví dụ, 32Mx4 Thông số đầu

biểu thị số hàng (chiều sâu) của RAM trong đơn vị Mega Bit, thông số sau biểu thị số cột (chiều ngang) của RAM 32x4 = 32 MegaBit x 4 cột = 128 Mega Bit

= 128/8 Mega Bytes = 16MB Có nhiều bạn có thể lầm tưởng thông số đầu là Mega Bytes nhưng kỳ thực các hãng sản xuất mặc định nó là Mega Bit, bạn

nên lưu nhớ cho điều này khi mua RAM Ví dụ, 32Mx64 RAM tức là một

thanh RAM 256MB

c/ Số Pin của Ram:

• Thông thường số Pin của RAM là (tuỳ vào loại RAM): 30, 72,

144, 160, 168, 184 pins

SIMM (Single In-Line Memory Module): Ðây là loại giao tiếp ra đời sớm

RAM dùng cho khe cắm dạng SIMM và có hai loại hoặc là 30 pins hoặc là 72 pins Người ta hay gọi rõ là 30-pin SIMM hoặc 72-pin SIMM Loại RAM (có giao tiếp qua khe SIMM) này thường tải thông tin mỗi lần 8bit, sau đó phát

triển lên 32bits Bạn cũng không cần quan tâm lắm đến cách vận hành của nó, nếu ra ngoài thị trường bạn chỉ cần nhận dạng SIMM khi nó có 30 hoặc 72

pins Loại 72-pin SIMM có chiều rộng 41/2" trong khi loại 30-pin SIMM có

chiều rộng 31/2"

• DIMM (Dual In-line Memory Modules): Cũng gần giống như

loại SIMM nhưng RAM cắm khe dạng DIMM có số pins là 72 hoặc 168 Một đặc điểm khác để phân biệt RAM DIMM với RAM SIMM là cái chân (pins)

của RAM SIMM dính lại với nhau tạo thành một mảng để tiếp xúc với khe cắm trên bo mạch chủ trong khi RAM DIMM có các chân hoàn toàn cách rời độc

lập với nhau Một đặc điểm phụ nữa là RAM DIMM được cài đặt thẳng đứng (ấn miếng RAM thẳng đứng vào khe cắm) trong khi RAM SIMM thì 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

Một trong những loại DIMM-RAM

II Phân loại RAM.

 Tùy theo công nghệ chế tạo, người ta phân biệt thành 2 loại:

• RAM tĩnh :SRAM (Static RAM) gồm 6 transistor trong một ô

nhớ của RAM tĩnh RAM tĩnh được chế tạo theo công nghệ ECL (dùng trong

CMOS và BiCMOS) Mỗi bit nhớ gồm có các cổng logic với 6 transistor MOS SRAM là bộ nhớ nhanh, việc đọc không làm hủy nội dung của ô nhớ và thời

gian thâm nhập bằng chu kỳ của bộ nhớ

- Mô hình : 6 transistor trong một ô nhớ của RAM tĩnh

• RAM động : DRAM (Dynamic RAM) gồm 1 transistor và 1 tụ

điện trong một ô nhớ của RAM động RAM động dùng kỹ thuật MOS Mỗi bit nhớ gồm một transistor và một tụ điện Việc ghi nhớ dữ liệu dựa vào việc duy

trì điện tích nạp vào tụ điện và như vậy việc đọc một bit nhớ làm nội dung bit

này bị hủy Do vậy sau mỗi lần đọc một ô nhớ, bộ phận điều khiển bộ nhớ phải viết lại nội dung ô nhớ đó Chu kỳ bộ nhớ cũng theo đó mà ít nhất là gấp đôi

thời gian thâm nhập ô nhớ

- Mô hình : 1 transistor và 1 tụ điện trong một ô nhớ của RAM động.

• SRAM là loại Ram ko cần phải refesh mà dữ liệu vẫn không bị

mất,do đó dung lượng lớn hơn và cũng đắt tiền hơn Còn đó DRAM cần phải

được refresh thường xuyên (Hàng triệu lần mỗi giây ) để đảm bảo dữ liệu lưu

trữ không bị mất đi

• Việc lưu giữ thông tin trong bit nhớ chỉ là tạm thời vỡ tụ điện sẽ

phóng hết điện tích đó nạp và như vậy phải làm tươi bộ nhớ sau khoảng thời

gian 2ỡs Việc làm tươi được thực hiện với tất cả các ô nhớ trong bộ nhớ Công việc này được thực hiện tự động bởi một vi mạch bộ nhớ

• Cả SRAM và DRAM đều sẽ bị mất dữ liệu sau khi tắt máy

III/ Các loại Ram thông dụng:

• RAMBUS (Rambus Dynamic Ram) : là loại RAM tốc độ cao tử

400 – 800MHZ nhưng Rambus width lại chỉ là 16 bit Tuy không nhanh hơn

SDRAM là bao nhưng lại đắt hơn rất nhiều nên có rất ít người dùng RDRAM

phải cắm thành cặp và ở những khe trống phải cắm những thanh RAM giả (còn gọi là C-RIMM) cho đủ RDRAM hoạt động đồng bộ theo một hệ thống lặp và truyền dữ liệu theo một hướng Một kênh bộ nhớ RDRAM có thể hỗ trợ đến 32 chip DRAM Mỗi chip được ghép nối tuần tự trên một module gọi là RIMM

(Rambus Inline Memory Module) nhưng việc truyền dữ liệu được thực hiện

giữa các mạch điều khiển và từng chip riêng biệt chứ không truyền giữa các

chip với nhau Bus bộ nhớ RDRAM là đường dẫn liên tục đi qua các chip và

module trên bus, mỗi module có các chân vào và ra trên các đầu đối diện Do

đó, nếu các khe cắm không chứa RIMM sẽ phải gắn một module liên tục để

đảm bảo đường truyền được nối liền

Một loại RAMBUS

• SDR-SDRAM (Single Data Rate Synchronous Dynamic RAM) :

là loại RAM chỉ chuyển được 1 bit dữ liệu trong 1 xung nhịp Có 168 chân ,

được dùng trong các máy vi tính cũ, bus speed chạy cùng vận tốc với clock

speed của memory chip Được sử dụng rộng rãi từ những năm 1990

Một trong những lại SDR-SDRAM

• DDR-SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM)

là loại RAM chuyển được dữ liệu trong cả 2 mặt lên và xuống của xung nhịp

Hay nói cách khác 1 xung nhịp DDR-SDRAM chuyển được 2 bit dữ liệu Và

được gọi là Double Pump Có 184 chân, đây là cải tiến của bộ nhớ SDR với tốc

độ truyền tải gấp đôi SDR nhờ vào việc truyền tải hai lần trong một chu kỳ bộ

nhớ

Một trong những lại DDR-SDRAM

• DDR2-SDRAM (Double Data Rate 2 Synchronous Dynamic

RAM) : Thế hệ sau của DDR với tốc độ từ 400MHZ trở lên và module có 240

pin Lợi thế lớn nhất của nó so với DDR là có bus speed cao gấp đôi clock

speed

DDR2-SDRAM với 240 Pins

• DDR3-SDRAM (Double Data Rate III Synchronous Dynamic

RAM) : Thế hệ sau của DDR2 với dung lượng từ 512 MB trở lên, có tốc độ bus

800/1066/1333/1600 Mhz, số bit dữ liệu là 64, điện thế là 1.5v và module có

240 pin

DDR3-SDRAM: Thế hệ RAM tiên tiến nhất hiện nay

I V Nhiệm vụ của RAM.

- RAM là nơi hệ điều hành,ứng dụng lưu trữ data để CPU có thể

nhanh chóng truy xuất Tăng dung lượng RAM đồng nghĩa với việc giảm số

lần CPU phải lấy dữ liệu từ Hard Disk, một quá trình mất nhiều thời gian hơn

đọc dữ liệu trực tiếp từ RAM

• (Thời gian truy xuất RAM được tính = ns trong khi đó thời gian

truy xuất HD được tính = mili s)

• Máy tính cá nhân cần 1 lượng RAM nhất định cho mỗi ứng

dụng,càng nhiều ứng dụng bạn mở, dung lượng RAM cần dùng càng nhiều

Vậy điều gì sẽ xảy ra khi RAM đầy Rất may là hệ điều hành của chúng ta

được thiết kể để xử lí trường hơpnj này Khi RAM gần đầy hệ điều hành sẽ lấy bớt 1 phần dữ liệu từ RAM và ghi vào ổ cứng, thường là phần ít được dùng

nhất Phần HD dùng để ghi dữ liệu tạm thời này được gọi là PAGE FILE hay

SWAP FILE dịch sang tiếng việt có nghĩa là “Tập tin tráo đổi”.RAM của

chúng ta vì thế sẽ không bao giờ bị đầy nhưng cái giá phải trả sẽ là việc hệ

thống hoạt động ì ạch vì CPU phải lấy quá nhiều dữ liệu từ ổ cứng

• Một câu hỏi được đặt ra là vì sao máy tính của chúng ta không

phải là một cỗ máy chỉ có RAM thay luôn cho chức năng của ổ cứng vì RAM

có tốc độ truy xuất rất nhanh Lý do rất đơn giản là RAM bị mất dữ liệu sau khi tắt máy và hơn thế nữa giá thành của RAM quá đắt trong việc dung để lưu trữ

dữ liệu lên đến hang trăm GB trong các máy tính ngày nay

V/ Cách thức truy cập của RAM

a Cấu tạo một chip nhớ :

• RAS ( Row Address Strobe ) Là tín hiệu để xác định địa chỉ nhớ

• Data Bus là đường truyền dữ liệu giữa Memory Controler và

chip nhớ

• Khi cần truy xuất đến 1 địa chỉ nhớ bất kì Memory Controler sẽ

gửi các tín hiệu RAS và CAS tương xứng đến Chip nhớ tương ứng với

dữ liệu cần lấy

b Cách thức truy cập chip nhớ

• Tín hiệu RAS sẽ được Mem Control truyền theo Address bus

• Khi RoW Addr Latch nhận được tín hiệu RAS Nó sẽ chuyển tín hiệu này sang Row Address Decoder ( Bộ phận giải mã địa chỉ nhớ theo hàng)

để giải mã địa chỉ Row cần được truy xuất

• Row này sẽ được kích hoạt

• Sau đó tín hiệu CAS sẽ được gửi đến Column Address Latch và

tương tự Column cần được truy xuất được kích hoạt

• Mặc định là Write Enable Deactived ( Ko có trong hình vẽ ) dữ liệu

sẽ được đọc theo Data Bus đi về Memory Controler

• Nếu Write Enable được Active thì dữ liệu sẽ được ghi

VI/ Diểm khác nhau về bề ngoài của RAM

• Mỗi chip bộ nhớ đều được hàn trên một bo mạch vòng gọi là

“module bộ nhớ.” Module bộ nhớ cho từng thế hệ DDR có sự khác nhau về

thông số và bạn không thể cài module DDR2 lên khe cắm DDR3 được Bạn

cũng không thể nâng cấp từ DDR2 lên DDR3 mà không thay thế bo mạch chủ

và sau đó là CPU, trừ khi bo mạch chủ của bạn hỗ trợ cả khe cắm DDR2 và

DDR3 (hiếm đấy) Với DDR và DDR2 cũng vậy Module DDR2 và DDR3 có

cùng số chạc, tuy nhiên khe cắm nằm ở vị trí khác nhau

• Khác biệt về điểm tiếp xúc giữa DDR và DDR2

• Khác biệt về tiếp xúc góc giữa DDR2 và DDR3.

Tất cả các chip DDR2 và DDR3 đều đóng gói kiểu BGA, còn DDR thì đóng

gói kiểu TSOP Có một số chip DDR đóng gói kiểu BGA (như của Kingmax), nhưng không phổ biến cho lắm Trong hình 9 là một chip TSOP trên module

DDR, còn hình 10 là chip BGA trên module DDR2

Chip DDR gần như lúc nào cũng đóng gói kiểu TSOP

DDR2 và DDR3 đóng gói kiểu BGA.

VII/ Cấu trúc hoạt động của DRAM

• Cấu trúc bên trong của DRAM có thể hình dung như một mảng ô nhớ bit đơn, được minh họa như hình (A) Ở đây, 16384 ô nhớ được sắp xếp

thành ma trận 128 x128 Mỗi ô nhớ chiếm một vị trí riêng biệt trong hàng và

cột thuộc phạm vi ma trận

• Có 14 đầu địa chỉ để chọn 1 trong 16384 ô nhớ (214 = 16384);

những bit địa chỉ thấp từ A0 đến A6 chọn hàng, còn những bit địa chỉ cao từ A7

đến A13 chọn cột Mỗi địa chỉ 14 bit chọn ô nhớ riêng biệt để đọc ra hay ghi

vào

Hình(A): Sắp xếp các ô nhớ trong một RAM động.

*GHI DỮ LIỆU

• Các chuyển mạch từ SW1 đến SW4 thực chất là các transistor

MOSFET được điều khiển bằng các đầu ra khác nhau của bộ giải mã địa chỉ và bằng tín hiệu tuy nhiên ở đây tụ điện mới là ô nhớ đích thực

• Khi ghi dữ liệu thì công tắc SW1 và SW2 đóng lại trong khi công tắc SW3 và SW4 vẫn mở, nối dữ liệu nhập vào tụ C logic 1 tại đầu vào dữ liệu tích điện cho tụ C còn logic 0 thì xả điện cho tụ C Vì luôn có sự rò điện qua

các chuyển mạch đóng nên tụ C bị mất điện dần

*ĐỌC DỮ LIỆU

• -Để đọc dữ liệu tại ô nhớ thì chuyển mạch SW2, SW3 và SW4

đóng lại còn SW1 vẫn mở nối điện thế lưu trữ với bộ khuếch đại Bộ khuếch

đại sẽ so sánh điện thế này với giá trị tham khảo nào đó để quyết định là logic 1 hay logic 0, rồi đưa ra giá trị 0V hay 5V cho đầu ra dữ liệu Đầu ra này lại được nối với tụ qua SW2 và SW4 nên tụ điện sẽ được làm tươi Như vậy bit dữ liệu

trong ô nhớ được làm tươi mỗi khi nó được đọc

KẾT LUẬN

RAM là nơi mà máy tính lưu trữ thông tin tạm thời để sau đó chuyển vào

CPU xử lý RAM càng nhiều thì số lần CPU cần xử lý dữ liệu từ ổ cứng càng ít đi,

và hiệu suất toàn bộ hệ thống sẽ cao hơn RAM là loại bộ nhớ không thể thay đổi

nên dữ liệu lưu trong nó sẽ biến mất khi bạn tắt máy tính

Trong những năm qua, người dùng đã chứng kiến sự thay đổi nhanh chóng

của hệ thống máy tính để bàn Hai dòng CPU chính của Intel và AMD thay đổi

liên tục không chỉ về tốc độ (từ vài trăm MHz lên tới hàng GHz) mà còn cả giao

tiếp (Intel: Socket 370/ 423/ 478 /775, AMD: Slot A, Socket 462-A/ 754 /940/

939 ) và dĩ nhiên chúng kéo theo sự thay đổi của bo mạch chủ và nhiều thành

phần khác Một trong những thành phần chịu ảnh hưởng lớn nhất là bộ nhớ hệ

thống (RAM) Bài viết này sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về những khái niệm của bộ nhớ RAM máy tính kèm theo một số thông tin bổ ích khác Tuy nhiên chúng ta sẽ

tập trung vào bộ nhớ DDR và DDR2 vì hiện tại, chúng là loại thống trị trên thị

trường SDRAM đã quá cũ còn RDRAM thì giá quá cao mà chỉ được dùng trong

một số máy tính Pentium 4 đời đầu

Ngày nay, RAM đã nâng cao và sản xuất nhiều ở một hãng như: Samsung và một số nhà sản xuất khác như Hynix Semiconductor cũng đã bắt tay vào sản xuất

chip nhớ DDR3 Hynix cho biết hãng sẽ bắt đầu đưa DDR3 vào sản xuất thương

mại trong quý III năm nay sau khi đã nhận được đầy đủ chứng thực từ phía Intel

Từ đó cho ta thấy RAM là một phần quan trong trọng cấu tạo hệ diều hành

của máy tính