Đang tải... (xem toàn văn)
Hình: Cách vẽ nhóm chân IC nhớ.. Hình: Giao tiếp giữa IC nhớ và CPU..[r]
(1)Chủ biên Võ Thanh Ân Trang 92
CHƯƠNG 7: BỘ NHỚ BÁN DẪN
9 THUẬT NGỮ
9 VẬN HÀNH TỔNG QUÁT
9 GIAO TIẾP VỚI CPU
9 CÁC LOẠI BỘ NHỚ BÁN DẪN
• ROM
• PLD
• RAM
9 MỞ RỘNG BỘ NHỚ BÁN DẪN
• Mở rộng độ dài từ
• Mở rộng vị trí nhớ
• Mở rộng dung lượng nhớ I GIỚI THIỆU
Tính ưu việt chủ yếu hệ thống số so với hệ thống tương tự khả lưu trữ lượng lớn thông tin số liệu khoảng thời gian dài hay ngắn Khả nhớ điều làm cho hệ thống số trở nên đa thích hợp với nhiều tình Ví dụ, máy tính số, nhớ chứa lệnh mà theo máy tính hồn tất cơng việc với tham gia người
Bộ nhớ bán dẫn sử dụng làm nhớ máy tính nhờ vào khả
năng thỏa mãn tốc độ truy xuất liệu xử lý trung tâm (CPU)
Chúng ta quen thuộc với FlipFlop, thiết bị nhớđiện tử Chúng ta
đã thấy nhóm FF họp thành ghi để lưu trữ dịch chuyển thông tin
thế Các FF phần tử nhớ tốc độ cao dùng nhiều việc
điều hành bên máy tính, nơi mà liệu dịch chuyển liên tục từ nơi đến nơi khác
Dữ liệu lưu trữ dạng điện tích tụ điện, loại phần tử nhớ quan trọng dùng nguyên tắc để lưu trử liệu với mật độ cao tiêu thụ nguồn điện thấp
Bộ nhớ bán dẫn dùng nhớ máy tính, nơi mà việc vận hành xem nhưưu tiên hàng đầu nơi mà tất liệu chương trình lưu chuyển liên tục trình thực tác vụ CPU
Mặc dù nhớ bán dẫn có tốc độ làm việc cao, phù hợp cho nhớ trong, giá thành tính bit lưu trữ cao khiến cho khơng thể thiết bị có tính chất lưu trữ khối (mass storage) – loại có khả lưu trữ hàng tỉ bit mà không cần cung cấp lượng dùng nhớ (đĩa từ, băng từ, CD ROM,…) Tốc độ xử lý liệu nhớ ngồi tương đối chậm nên máy tính làm việc liệu từ nhớ ngồi chuyển vào nhớ
Băng từ đĩa từ thiết bị lưu trữ khối mà giá thành tính bit tương đối thấp Một loại nhớ khối nhớ bọt từ (magnetic bubble memory, MBM) nhớ điện tử dựa nguyên tắc từ có khả lưu trữ hàng triệu bit chip Với tốc độ tương đối chậm, khơng dùng nhớ
(2)II THUẬT NGỮ LIÊN QUAN ĐẾN BỘ NHỚ
Để tìm hiểu cấu tạo, hoạt động nhớ, bắt đầu với số thuật ngữ
liên quan đến nhớ
Ngoài để thực toán cộng nhiều số ta nên nhớ:
- Tế bào nhớ: linh kiện hay mạch điện tử dùng để lưu trữ bit đơn (0 hay 1) Ví dụ tế bào nhớ FF, tụđược tính điện, điểm băng từ hay đĩa từ,…
- Từ nhớ: nhóm bit (tế bào) nhớ dùng biễu diễn lệnh hay liệu dạng số nhị phân Ví dụ ghi FF phần tử
nhớ lưu trũ từ bit Kích thước từ nhớ máy tính đại có độ dài từ đến 64 bit
- Byte: từ bit, kích thước thường dùng từ nhớ máy vi tính
- Dung lượng: số lượng bit lưu trữ nhớ Ví dụ nhớ có khả lưu trữ 4096 từ nhớ 20 bit, dung lượng 4096×20, 1024 (1024 = 210) từ nhớ gọi 1K, 4096×20 = 4K×20 Với dung lượng lớn ta dùng 1M (1M=210K) để chỉ 1048576 từ nhớ…
- Địa chỉ: số nhị phân dùng xác định vị trí từ nhớ nhớ Mỗi từ
nhớ lưu trữ nhớ địa Địa luôn
được biểu diễn số nhị phân Tuy nhiên để dễ hiểu người ta dùng số hex, số bát phân, số thập phân
- Tác vụ đọc: Read hay gọi felch, từ nhớ vị trí nhớ truy xuất chuyển sang thiết bị khác
- Tác vụ viết: Ghi, Write hay gọi store, từ đặt vào vị trí nhớ, từ viết từ cũ
- Thời gian truy xuất (access time): số đo tốc độ hoạt động nhớ, ký hiệu tACC Đó thời gian cần để hồn tất tác vụđọc Chính xác thời gian từ nhớ nhận địa lúc liệu khả dụng
ngã nhớ
- Bộ nhớ không vĩnh cữu (volatile): nhớ cần nguồn điện để lưu trữ thông tin Khi ngắt điện, thông tin lưu trữ bị Hầu hết nhớ bán dẫn loại không vĩnh cữu, nhớ từ nhớ vĩnh cữu (nonvolatile)
- Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (Random Access Memory, RAM):
nhớ mà vị trí tế bào nhớ khơng ảnh hưởng đến thời gian đọc hay viết liệu vào Nói cách khác, thời gian truy xuất vị trí nhớ Hầu hết loại nhớ bán dẫn loại truy xuất ngẫu nhiên - Bộ nhớ truy xuất tuần tự (Sequential Access Memory, SAM): nhớ
mà thời gian đọc hay viết liệu vị trí khác khác Những ví dụ loại nhớ băng từ, đĩa từ, CD–ROM,… Tốc độ
của loại nhớ thường chậm so với nhớ truy xuất ngẫu nhiên - Bộ nhớ đọc/viết (Read/Write Memory, RWM): nhớ viết vào
đọc
(3)vụđọc ROM thuộc loại nhớ vĩnh cữu liệu lưu trữ cắt nguồn điện
- Bộ nhớ tĩnh (Static Memory Devices): nhớ bán dẫn liệu
đã lưu trữđược trì cịn nguồn nuôi
- Bộ nhớ động (Dynamic Memory Devices): nhớ bán dẫn
liệu lưu trữ muốn tồn phải ghi lại theo chu kỳ Tác vụ ghi lại
được gọi làm tươi (refresh)
- Bộ nhớ (Internal Memory): nhớ máy tính lưu trữ
các lệnh liệu mà CPU dùng thường xuyên hoạt động
- Bộ nhớ khối (Mass Memory): cịn gọi nhớ phụ, chứa lượng thơng tin lớn bên ngồi máy tính Tốc độ truy xuất nhớ thường chậm thuộc loại vĩnh cữu
III ĐẠI CƯƠNG VỀ VẬN HÀNH CỦA BỘ NHỚ
Mặc dù loại nhớ có hoạt động bên khác nhau, chúng có chung nguyên tắc vận hành mà tìm hiểu sơ lượt trước vào nghiên cứu loại nhớ
Mỗi hệ thống nhớ ln có số u cầu ngã vào/ra để hoàn thành số
tác vụ, là:
- Chọn địa nhớ để thực việc đọc viết vào - Chọn tác vụđọc viết để thực
- Cung cấp liệu vào để lưu trữ vào nhớ trong tác vụ viết - Gửi liệu từ nhớ tác vụđọc
- Cho phép (Enable) hay không cho phép (Disable) nhớ đáp ứng lệnh đọc/ghi ởđịa chỉđã gọi đến
Từ tác vụ kể trên, ta hình dung IC nhớ có số ngã vào ra, với nhiệm vụ tương ứng sau:
- Ngã vào địa chỉ: Mỗi vị trí nhớ xác định địa nhất, cần
đọc liệu ghi liệu vào ta phải tác động vào chân địa vị
trí nhớ Một IC có n chân địa có 2n vị trí nhớ Ký hiệu chân
địa từ A0 đến An–1 Ví dụ, IC có 10 chân địa có 1K = 1024 (210) vị
trí nhớ
- Ngã vào/ra dữ liệu: Các chân liệu ngã vào ra, nghĩa liệu xử lý chiều Thường liệu vào chung chân nên ngã thuộc loại ngã trạng thái Số chân địa chân liệu IC xác định dung lượng nhớ IC Ví dụ, IC có 10 chân địa chân liệu dung lượng nhớ IC 1K×8 = 8K bit = 1KB
- Các ngã vào điều khiển: Mỗi IC nhớ chọn có yêu cầu xuất nhập liệu chân tương ứng tác động Ta kể số ngã vào điều khiển sau:
CS : Chip select – Chọn chip – Khi chân xuống thấp IC
chọn
CE: Chip enable – Cho phép chip – Chức chân CS
OE: Output enable – Cho phép xuất – Dùng đọc liệu
R/W : Read/Write – Đọc/Viết – Cho phép đọc liệu chân
(4) CAS−RAS: Column Address Strobe – Row Address Strobe – Chốt địa cột – Chốt địa hàng Chỉ IC nhớ có địa hàng cột có chân
Hình cho thấy cách vẽ nhóm chân IC nhớ, m chân địa chỉ, n chân liệu Cách vẽ chân địa liệu dạng BUS
Hình: Cách vẽ nhóm chân IC nhớ
IV GIAO TIẾP GIỮA IC NHỚ VÀ BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM
Trong hoạt động có liên quan đến IC nhớđều xử lý trung tâm (Central Proccessing Unit, CPU) quản lý Giao tiếp IC nhớ CPU mơ tả hình
đây
Hình: Giao tiếp IC nhớ CPU
Một tác vụ liên quan đến nhớ CPU thực theo bước: - Đặt địa quan hệ lên BUS địa
- Đặt tín hiệu điều khiển lên BUS điều khiển
- Dữ liệu khả dụng xuất BUS liệu, sẳn sàng phục vụ
Dĩ nhiên, bước phải tuân thủ giản đồ thời gian IC nhớ (sẽ đề
cập đến xét loại nhớ)
V CÁC LOẠI BỘ NHỚ BÁN DẪN
1 Giới thiệu
Có loại nhớ bán dẫn:
- Bộ nhớ bán dẫn chỉđọc (Read Only Memory, ROM)
- Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (Random Access Memory, RAM)
Thật ROM RAM loại nhớ truy xuất ngẫu nhiên Nhưng RAM
được giữ tên gọi có lẽ lý lịch sử đời chủng loại khác Để
phân biệt xác ROM RAM ta gọi ROM nhớ chết (nonvolatile) RAM nhớ sống (volatile) coi ROM nhớ đọc RAM
nhớđọc được, viết (Read Write Memory) A0
A1 Am–1
D0 D1 Dn–1
CS OE
W R/
A0…Am–1
CS OE
W R/
m
D0…Dn–1 n
CS OE
W R/
A0…Am–1 D0…Dn–1
CPU IC nhớ IC nhớ
Bus địa
(5)- Thiết bị logic lập trình (Programmable Logic Devices, PLD):
nói điểm khác biệt PLD với ROM RAM qui mơ tích hợp PLD thường không lớn ROM RAM tác vụ PLD có phần hạn chế
2 ROM
a Giới thiệu
Các tế bào nhớ từ nhớ ROM xếp theo dạng ma trận mà phần tử chiếm vị trí xác định địa cụ thể nối với ngã mạch giải mã địa bên IC Nếu vị trí chứa tế bào nhớ ta nói ROM có tổ chức bit vị trí từ nhớ ta có tổ chức từ Ngồi ra, để giảm mức độ cồng kềnh mạch giải mã, vị trí nhớ xác định đường địa chỉ:
đường địa hàng đường địa cột nhớ có mạch giải mã mạch có số ngã vào ½ sốđường địa nhớ
b ROM mặt nạ (Mask Programmed ROM, MROM)
Đây loại ROM chế tạo để thực công việc cụ thể bảng tính, bảng lượng giác, bảng logarit,… sau xuất xưởng Nói cách khác, tế
bào nhớ ma trận nhớ tạo theo chương trình xác định trước phương pháp mặt nạ: đưa vào linh kiện điện tử nối từ đường từ qua đường bit để
tạo giá trị bit để trống cho giá trị bit ngược lại
Dưới mô hình MROM vng nơi chứa (hay không chứa) linh kiện (diod, transistor BJT, MOSFET) để tạo bit Mỗi ngã mạch giải mã địa gọi đường từ đường nối tế bào nhớ gọi đường bit Khi đường từ lên mức cao tế bào nhớ chọn Khi nhiều tế bào nhớ chọn lúc ta nói nhớ có tổ chức từ
Hình: Mơ hình MROM
Nếu tế bào nhớ Diod hay BJT diện linh kiện tương ứng với bit cịn vị trí trống tương ứng với bit Đối với linh kiện MOSFET ngược lại (muốn có kết BJT thêm ngã cổng đệm đảo)
Giải mã địa
A0 A1 Am–1
Địa
chỉ
CE OE
ĐK logic Đệm ngã
Đường từ
Đường bit
Dữ liệu
Đường từ Đường bit Logic
R
Đường từ Đường bit Logic
R
Đường từ
VCC
Đường bit Logic
R
Đường từ
Đường bit Logic
(6)Hình: Mở rộng độ dài từ 1K×1→1K×8
3 Mở rộng vị trí nhớ
Đây trường hợp số bit cho vị trí nhớ đủ theo yêu cầu số vị trí nhớ
khơng đủ
Ví dụ: Có IC nhớ dung lượng 1K×8 Mở rộng lên 4K×8, cần IC Để
chọn IC nhớ, ta cần mạch giải mã đường sang đường Ngã mạch giải mã nối vào ngã CS IC nhớ, địa IC nhớ
khác Trong ví dụ này, IC1 chiếm địa từ 000H đến 3FFH, IC chiếm địa
từ 400H đến 7FFH, IC chiếm địa từ 800H đến BFFH, IC chiếm địa từ
C00H đến FFFH
Hình: Mở rộng vị trí nhớ 1K×8→4K×8
4 Mở rộng dung lượng nhớ
Đây trường hợp vị trí nhớ độ dài IC khơng đủđể thiết kế Để mở
rộng dung lượng nhớ ta phải kết hợp cách
Ví dụ:Mở rộng nhớ từ 1K×4 lên 2K×8 Cần cặp IC mắc song song, IC có chung địa chọn mạch giải mã đường sang đường
A0…A9
CS
W R/
D
A0…A9
CS
W R/
D
A0…A9
CS
W R/
D
A0…A9
CS
W R/
D
A0…A9
CS
W R/
D
A0…A9
CS
W R/
D
A0…A9
CS
W R/
D
A0…A9
CS W R/ D D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A9 CS W / R
A0…A9
CS
W R/
D7…D0
A0…A9
CS
W R/
D7…D0
A0…A9
CS
W R/
D7…D0
A0…A9
CS
W R/
D7…D0 A0 A9 W / R Y3 Y2 Gi•i mã 2→4 Y1
Y0
D0 D7 A10
(7)Địa IC sau: IC 1(&2): 000H đến 3FFH, IC (3&4): 400H đến 7FFH
Hình: Mở rộng dung lượng nhớ 1K×4→2K×8 A0…A9
CS
W R/
D7…D0
A0…A9
CS
W R/
D7…D0
A0…A9
CS
W R/
D7…D0
A0…A9
CS
W R/
D7…D0 A0
A9
W /
R
D0
D3
D4
D7