Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 5: Bộ nhớ trong cung cấp cho người học các kiến thức: Bộ nhớ chính bán dẫn, cơ chế sửa lỗi, tổ chức bộ nhớ DRAM mở rộng. Đây là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên ngành Công nghệ thông tin và những ai quan tâm dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.
Chương Bộ nhớ Chương Bộ nhớ 5.1 Bộ nhớ bán dẫn 5.2 Cơ chế sửa lỗi 5.3 Tổ chức nhớ DRAM mở rộng 5.1 Bộ nhớ bán dẫn a Tổ chức Các thành phần BN bán dẫn nhớ (memory cell) Đặc điểm chính: Có trạng thái biểu diễn bit 0, Có khả ghi vào (ít lần) Có khả đọc Có đầu cuối: Đường select để chọn ô nhớ để đọc ghi Đường điều khiển để thị thao tác đọc ghi Đường đưa liệu vào đọc liệu b Các loại nhớ bán dẫn RAM - Ramdom Access Memory: Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên Bộ nhớ đọc ghi Cơ chế ghi sử dụng tín hiệu điện Cho phép xóa Bộ nhớ điện động ROM - Read-only Memory: Bộ nhớ đọc Bộ nhớ đọc Trước khơng xóa Hiện số loại xóa phải sử dụng mạch điện chuyên biệt Bộ nhớ điện tĩnh Đặc điểm Phương chung: thức truy cập: truy cập ngẫu nhiên, sử dụng địa c Bộ nhớ RAM Bộ nhớ random-access memory (RAM): cho phép đọc ghi liệu cách nhanh chóng, đọc ghi sử dụng tín hiệu điện Bộ nhớ RAM nhớ điện động, nguồn, liệu bị Chỉ sử dụng RAM với mục đích lưu trữ tạm thời hai công nghệ RAM : RAM động - Dynamic RAM (DRAM) RAM tĩnh - Static RAM (SRAM) Có DRAM SRAM RAM động - Dynamic RAM (DRAM) DRAM Có nhớ lưu trữ liệu cách nạp cho tụ điện Điện tích có khơng có tụ điện tương ứng với bit Cần phải nạp điện định kỳ để trì lưu trữ liệu Điện tích tụ điên bị rò rỉ có nguồi ni cần có dòng làm tươi (định kỳ) + DRAM SRAM RAM tĩnh - Static RAM (SRAM) Thiết bị số sử dụng thành phần logic giống xử lý Các giá trị nhị phân lưu trữ cổng logic flip-flop truyền thống Giữ liệu đến có nguồn cung cấp cho So sánh SRAM DRAM Đều nhớ điện động Phải nối với nguồn liên tục để ô nhớ lưu trữ giá trị bit RAM động Dễ dàng chế tạo, kích thước nhỏ Mật độ lớn hơn(các ô nhớ nhỏ nhiều ô nhớ đơn vị diện tích) Giá thành rẻ Đòi hỏi phải hỗ trợ dòng làm tươi Thích hợp với nhớ dung lượng cao Được sử dụng cho nhớ RAM Tĩnh Nhanh Được sử dụng làm nhớ đệm (cache) (cả chip) d Bộ nhớ ROM (Read Only Memory) Chứa liệu vĩnh cửu, thay đổi hay thêm vào Không cần cung cấp nguồn để trì giá trị bit nhớ Dữ liệu hay chương trình lưu trữ vĩnh cửu nhớ khơng cần thiết phải tải từ thiết bị lưu trữ thứ hai Ứng dụng: Vi lập trình Lưu trữ file hệ thống Dữ liệu thực tế nạp với chip phần chu trình sản xuất chip Nhược điểm điều này: Khơng có chỗ cho lỗi, sai bit tồn lơ ROM bị vứt Việc nạp liệu vào ROM tốn khoản chi phí cố định lớn Các loại BN ROM PROM (Programmable ROM) – ROM lập trình Việc thay tốn Khơng xóa ghi lần Quá trình ghi thực điện nhà cung cấp khách hàng thực thời điểm sau thời điểm sản xuất chip Cần có thiết bị ghi đặc biệt để thực trình ghi Linh hoạt tiện lợi Thích hợp với chu trình sản xuất số lượng lớn EPROM Bộ nhớ PROM xóa Q trình xóa thực nhiều lần Đắt so PROM có ưu điểm khả cập nhật lại + Bài tập Giả sử word 8b cần lưu trữ nhớ là: 11000010 Sử dụng mã Hamming xác định bit kiểm tra (check bits) lưu trữ từ Viết từ lưu trữ Dữ liệu lấy từ nhớ: 000101001111 Xác định xem liệu có bị lỗi hay khơng Nếu có sửa lỗi Dữ liệu lấy từ nhớ: 001101001110 Xác định xem liệu có bị lỗi hay khơng Nếu có sửa lỗi Nếu kích thước từ 1024b Tính số lượng check bit sử dụng: a) b) Mã Hamming SEC Mã Hamming SEC-DED 5.3 Tổ chức DRAM tiên tiến Vấn đề quan trọng hệ thống gặp phải tắc nghẽn (tình trạng nút cổ chai) vi xử lý có hiệu cao nhớ Chip DRAM truyền thống bị hạn chế kiến trúc bên giao diện bên đến VXL Giải pháp: Sử dụng nhớ cache nhiều cấp VXL DRAM Tuy nhiên, SRAM đắt DRAM nhiều nên tăng dung lượng SRAM lợi nhuận giảm Cải tiến kiến trúc DRAM: SDRAM, DDR-DRAM RDRAM a SDRAM - DRAM đồng (Synchronous DRAM) • Một loại DRAM sử dụng nhiều • Việc trao đổi liệu với xử lý đồng với tín hiệu đồng hồ bên chạy tốc độ tối đa VXL/ bus nhớ mà không cần thiết lập trạng thái đợi (wait state) DRAM truyền thống SDRAM • Truyền khơng đồng • Truyền đồng theo đồng hồ hệ • Sau nhận yêu cầu truy thống xuất VXL, DRAM • Sau nhận yêu cầu truy khoảng thời gian trễ để chuẩn bị xuất, SDRAM trả lời sau số công việc truyền liệu chu kỳ đồng hồ trễ (theo đồng hồ • Trong lúc đó, VXL khơng thể làm hệ thống) khác phải thiết lập trạng thái đợi • VXL thực tác vụ (wait state) để đợi nhớ trả khác cách an toàn liệu chờ đợi SDRAM xử lý S A D M R SDRAM - DRAM đồng Chế độ truyền liên tục (burst mode) cho phép truyền liên tục chuỗi bit sau lần truy cập Phù hợp với việc truy xuất theo thứ tự hàng với lần truy cập SDRAM hoạt động tốt chuyển khối liệu lớn nối tiếp chẳng hạn cho ứng dụng xử lý văn bản, bảng tính đa phương tiện Các chân SDRAM Đồ thị thời gian trình đọc SDRAM b SDRAM tốc độ liệu gấp đôi – Double Data Rate SDRAM (DDR SDRAM) SDRAM gửi liệu lần chu kỳ xung nhịp bus DDR SDRAM gửi liệu hai lần chu kỳ xung nhịp, sườn lên xung, sườn xuống Được phát triển JEDEC Solid State Technology Association DDR SDRAM sử bàn server dụng nhiều máy tính để Định thời đọc DDR SDRAM c RDRAM - Rambus DRAM • • • • Phát triển Rambus Được Intel chấp nhận cho vi xử lý Pentium Itanium Trở thành đối thủ cạnh tranh SDRAM Chip RDRAM đóng gói theo chiều dọc với tất chân mặt Cấu trúc RDRAM Gồm: điều khiển (controller) số module RDRAM nối song song với nối bus Bus gồm: 18 đường liệu (16 đường cho liệu 2đường chẵn/lẻ),truyền lần chu kỳ đồng hồ (2 sườn xung) Tốc độ 800Mbps/mỗi đường đường địa điều khiển (RC) Đường tín hiệu đồng hồ phục vụ cho việc truyền đồng Các đường điện áp tham chiếu, nối đất, nguồn điện Cơ chế truy xuất liệu RDRAM Trao đổi liệu với vi xử lý: Thông qua 28 dây 12 cm chiều dài Bus cho phép đánh địa 320 chip RDRAM thiết lập tốc độ 1.6 GBps (sau 480ns truy cập) Cơ chế truy xuất liệu Không sử dụng tín hiệu điều khiển RAS, CAS, R/W CE DRAM thông thường Việc truyền thông tin địa điều khiển sử dụng giao thức truyền khối không đồng qua bus tốc độ cao (high speed bus) Các thông tin bao gồm: địa chỉ, loại hoạt động (đọc/ghi) số lượng byte hoạt động d Bộ nhớ đệm DRAM – Cache DRAM (CDRAM) Được phát triển Mitsubishi Tích hợp nhớ đệm SRAM vào chip DRAM chung SRAM CDRAM sử dụng theo hai cách: Có thể sử dụng nhớ cache thực gồm line 64 bit Chế độ cache CDRAM hiệu với việc truy cập nhớ ngẫu nhiên Có thể sử dụng đệm để hỗ trợ truy cập liên tiếp vào khối liệu Tổng kết Bộ nhớ Chương Bộ nhớ bán dẫn Tổ chức DRAM SRAM Các loại ROM Chip logic Đóng gói chip Tổ chức module Interleaved memory Sửa lỗi Lỗi cứng Lỗi mềm Mã Hamming Tổ chức DRAM cải tiến Synchronous DRAM DDR SDRAM Rambus DRAM Cache DRAM Câu hỏi + Các tính chất nhớ bán dẫn? Về mặt ứng dụng, khác SRAM DRAM gì? Sự khác SRAM DRAM mặt đặc tính tốc độ, giá thành dung lượng gì? Một số ứng dụng nhớ ROM Sự khác EPROM, EEPROM nhớ flash gì? Giải thích chức chân hình 5.4b Trình bày chế mã Hamming SEC mã Hamming SEC-DED Bit chẵn lẻ gì? SDRAM khác so với DRAM truyền thống? .. .Chương Bộ nhớ 5. 1 Bộ nhớ bán dẫn 5. 2 Cơ chế sửa lỗi 5. 3 Tổ chức nhớ DRAM mở rộng 5. 1 Bộ nhớ bán dẫn a Tổ chức Các thành phần BN bán dẫn... Hamming SEC-DED 5. 3 Tổ chức DRAM tiên tiến Vấn đề quan trọng hệ thống gặp phải tắc nghẽn (tình trạng nút cổ chai) vi xử lý có hiệu cao nhớ Chip DRAM truyền thống bị hạn chế kiến trúc bên giao... nhiên, SRAM đắt DRAM nhiều nên tăng dung lượng SRAM lợi nhuận giảm Cải tiến kiến trúc DRAM: SDRAM, DDR-DRAM RDRAM a SDRAM - DRAM đồng (Synchronous DRAM) • Một loại DRAM sử dụng nhiều • Việc trao