Ễ Các tế baụo nhớ (storage cell)
Ễ RAM vaụ ROM
Ễ Thơụi gian truy caảp:
Ễ Toạ chức boả nhơ
Ễ Các kieạu cấu taĩo boả nhớ
Cần có moảt phân bieảt giữa boả nhớ (memory) vaụ thiết bị lưu trữ (storage device). Boả nhớ thươụng chă duụng Đeạ lưu trữ taĩm thơụi các chương trình vaụ dữ lieảu trong phiên laụm vieảc, tắt máy thì noải dung nhớ cũng mất (trưụ ROM). Coụn thiết bị lưu trữ thì duụng Đeạ cất giữ lâu daụi thông tin vaụ không mất noải dung khi tắt Đieản (Điã cứng, Điã mềm, CD-ROM, oạ băng v.v...), có dung lươĩng lớn vaụ thươụng tốc Đoả truy caảp chaảm. Dĩ nhiên không có giới haĩn rõ raụng giữa hai loaĩi naụy, vắ duĩ, boả nhớ RAM có theạ lớn Đến vaụi chuĩc MB trong khi Điã mềm lưu trữ chă 1,44MB, hoaẽc Điã cứng Đôi khi cũng Đươĩc duụng laụm boả nhớ aủo trong moảt số trươụng hơĩp.
Cuụng với boả vi xưủ lý, các thiết bị nhớ Đã phát trieạn khá nhanh trong khoaủng mươụi năm gần Đây, nên Đã laụm phong phú chuủng loaĩi boả nhớ, vaụ do Đó Đã tối ưu hóa hầu hết các heả máy tắnh. Tuy Đa daĩng nhưng các khái nieảm cơ baủn vaụ nguyên lý hoaĩt Đoảng cuủa boả nhớ vẫn không thay Đoại cho các loaĩi.
II.1 Các tế baụo nhớ (storage cell)
Boả nhớ lưu giữ thông tin dưới daĩng moảt dãy các con số nhị phân 1 vaụ 0, trong Đó 1 laụ Đaĩi dieản cho sưĩ có maẽt cuủa Đieản áp tắn hieảu, vaụ 0 Đaĩi dieản cho sưĩ vắng maẽt. Vì mỗi bit Đươĩc Đaĩi dieản bơủi moảt mức Đieản áp, nên Đieản áp Đó phaủi Đươĩc duy trì trong maĩch Đieản tưủ nhớ, goĩi laụ tế baụo nhớ. Noải dung lưu giữ trong tế baụo nhớ có theạ Đươĩc sao chép ra bus hoaẽc các linh kieản chơụ khác, goĩi laụ Đoĩc ra (reading). Moảt số tế baụo nhớ cũng cho phép sao chép vaụo baủn thân mình những mức tắn hieảu mới lấy tưụ bus ngoaụi, goĩi laụ ghi vaụo (writing). Bằng cách sắp xếp liên kết tế baụo nhớ thaụnh các haụng vaụ coảt (ma traản), ngươụi ta có theạ xây dưĩng nên các maĩch nhớ nhiều trieảu bit. Các ma traản tế baụo nhớ Đươĩc chế taĩo trên moảt chip silic nhoủ giống như các maĩch tắch hơĩp. Có sáu loaĩi tế baụo nhớ Đang Đươĩc sưủ duĩng roảng rãi hieản nay: SRAM, DRAM, ROM, PROM, EPROM vaụ EEPROM.
II.2 RAM vaụ ROM
Có hai doụng boả nhớ phoạ biến có tên goĩi tắt laụ RAM vaụ ROM. Maĩch nhớ truy caảp ngẫu nhiên (random - access memory - RAM) laụ boả nhớ chắnh (main memory) bên trong máy tắnh, nơi lưu trữ taĩm thơụi các dữ lieảu vaụ leảnh chương trình Đeạ Boả xưủ lý (BXL) có theạ truy caảp nhanh chóng. Thuaảt ngữ "truy caảp ngẫu nhiên" có ý nhấn maĩnh moảt tắnh chất kỹ thuaảt quan troĩng: mỗi vị trắ lưu trữ trong RAM Đều có theạ truy caảp trưĩc tiếp. Nhơụ Đó các thao tác truy tìm vaụ cất trữ có theạ thưĩc hieản nhanh hơn nhiều so với các thiết bị lưu trữ tuần tưĩ như oạ Điã hay oạ băng tưụ. Noải dung lưu giữ trong RAM laụ không cố Định (volatile) - có nghĩa phaủi luôn có nguồn nuôi Đeạ duy trì noải dung nhớ Đó, mất Đieản laụ mất thông tin.
Kắch thước cuủa RAM thươụng Đo bằng Đơn vị megabyte (MB). Bao nhiêu RAM thì Đuủ? Ủây laụ câu hoủi chắc chắn ta sẽ Đaẽt ra khi mua sắm hay nâng cấp máy tắnh. Ủeạ chaĩy Windows thì câu traủ lơụi Đúng nhất laụ "không bao giơụ Đuủ". Moảt cách sơ lươĩc thì Windows 3.1 vaụ ngay caủ Windows 95 chă chaĩy với 4MB RAM, nhưng Đaĩt Đươĩc hieảu năng tốt nhất với 8MB RAM, với 16MB RAM hieảu năng
không tăng bao nhiêu, trưụ trươụng hơĩp ta muốn chaĩy nhiều trình ứng duĩng cuụng lúc, Điều maụ không
phaủi ai cũng thươụng laụm. Doụng thứ hai laụ boả nhớ chă Đoĩc ra (read-only memory - ROM). Noải dung trong ROM chă có theạ
Đươĩc Đoĩc ra trong quá trình hoaĩt Đoảng bình thươụng cuủa máy tắnh. Boả nhớ ROM laụ loaĩi cố Định (nonvolatile), nên nó vẫn duy trì noải dung nhớ khi không có Đieản. Nhơụ tắnh năng naụy, ngươụi ta duụng ROM Đeạ lưu giữ các chương trình BIOS không thay Đoại.
II.3 Các loaĩi boả nhớ
RAM tĩnh (static RAM - SRAM) lưu giữ các bit trong những tế baụo cuủa mình dưới daĩng
chuyeạn maĩch Đieản tưủ. Tế baụo SRAM mơủ maĩch Đieản (logic 1) hoaẽc tắt maĩch (logic 0) Đeạ phaủn ánh traĩng thái cuủa tế baụo. Thưĩc tế Đó laụ các maĩch flip-flop trong tình traĩng set hoaẽc reset. Maĩch flip- flop sẽ giữ nguyên mẫu traĩng thái cho Đến khi Đươĩc thay Đoại bơủi thao tác ghi tiếp theo hoaẽc ngắt Đieản. Tuy nhiên SRAM có kắch thước lớn vaụ tốn Đieản, hieản nay thươụng Đươĩc chế taĩo sẵn trong giới haĩn 512K. Maẽc duụ có tốc Đoả nhanh, nhưng phức taĩp vaụ Đắt tiền, SRAM chă Đươĩc sưủ duĩng trong các boả phaản cần tốc Đoả như boả nhớ cache chẳng haĩn.
RAM Đoảng (dynamic RAM - DRAM) lưu giữ các bit dưới daĩng Đieản tắch chứa trong các tuĩ
Đieản cưĩc nhoủ, Đó laụ các Đieản dung cuủa baủn thân transistor MOS Đóng vai troụ chuyeạn maĩch hoaẽc phần tưủ Điều khieạn. Có hoaẽc không có Đieản tắch trong tuĩ Đieản naụy tương ứng với logic 1 hoaẽc logic 0. Do tuĩ Đieản nhoủ nên Đieản tắch Đươĩc naĩp vaụ phóng rất nhanh, cỡ chuĩc nanô giây. Bơủi kắch thước nhoủ vaụ hầu như không tiêu thuĩ Đieản nên DRAM có maảt Đoả lưu trữ khá cao vaụ giá reủ. Nhươĩc Đieạm duy nhất cuủa DRAM laụ không giữ Đươĩc thông tin lâu quá vaụi miligiây, nên phaủi thươụng xuyên naĩp laĩi năng lươĩng cho nó goĩi laụ laụm tươi hay hồi phuĩc (refresh), thưĩc chất laụ laụm Đầy laĩi Đieản tắch cho
các tuĩ Đieản nhớ tắ hon.
Boả nhớ ROM thưĩc chất laụ moảt toạ chức ghép nối sẵn các maĩch Đieản Đeạ theạ hieản các traĩng
thái có nối (logic 0) hoaẽc không nối (logic 1). Cách bố trắ các traĩng thái 1 vaụ 0 như thế naụo laụ tuụy yêu cầu, vaụ Đươĩc chế taĩo sẵn trong ROM khi saủn xuất. Khi vi maĩch ROM Đươĩc chế taĩo xong thì noải dung cuủa nó không theạ thay Đoại nữa. ROM duụng trong heả BIOS cũ thuoảc loaĩi naụy cho nên khi baảt máy tắnh laụ các chương trình chứa sẵn trong Đó Đươĩc lấy ra Đeạ chaĩy khơủi Đoảng máy (bao gồm các bước kieạm tra chaạn Đoán, hỗ trơĩ phần mềm cơ sơủ vaụ hơĩp nhất các boả phaản trong heả thống máy). Ta không muốn vaụ cũng không theạ thay Đoại bất cứ Điều gì Đối với các chương trình cốt tưủ naụy. Tuy nhiên khi phát hieản có moảt lỗi trong ROM hoaẽc cần Đưa vaụo moảt thông số BIOS mới Đeạ phuụ hơĩp với thiết bị ngoaĩi vi mới thì thaảt laụ tai hoĩa. Gần Đây có moảt giaủi pháp laụ duụng flash BIOS, nó thay moảt phần ROM bằng loaĩi EEPROM, Đó laụ vi maĩch ROM có theạ laảp trình vaụ xóa bằng Đieản (Electrically Erasable Programmable ROM). Phương pháp naụy cho phép chă xóa ơủ moảt số Địa chă, không phaủi toaụn boả trong khi vi maĩch vẫn giữ nguyên trên board.
II.4 Thơụi gian truy caảp
Moảt boả nhớ lý tươủng phaủi Đưa dữ lieảu Đươĩc choĩn ngay tức khắc lên các Đươụng dữ lieảu cuủa vi maĩch nhớ Đó. Tuy nhiên trong thưĩc tế luôn tồn taĩi moảt thơụi gian trễ giữa thơụi Đieạm tắn hieảu Địa chă lối vaụo có hieảu lưĩc vaụ thơụi Đieạm dữ lieảu có maẽt trên các Đươụng dữ lieảu, goĩi laụ thơụi gian truy caảp (access time). Maẽc duụ thơụi gian naụy Đươĩc tắnh bằng nanô giây nhưng cũng laụm chaảm tốc Đoả hoaĩt Đoảng chung cuủa toaụn heả thống, nên boả xưủ lý phaủi Đơĩi, có khi Đến 4 hoaẽc 5 xung nhịp.
Các máy PC loaĩi cũ có theạ sưủ duĩng các chip DRAM có thơụi gian truy caảp trong voụng 80 nanôgiây với các board meĩ loaĩi 25MHz. Các máy tắnh 486 vaụ Pentium hieản nay, sưủ duĩng board meĩ
33 hoaẽc 40 MHz, Đoụi hoủi DRAM phaủi laụ loaĩi 60 nanôgiây. Thơụi gian truy caảp caụng nhanh thì DRAM caụng Đắt.
II.5 Toạ chức boả nhớ
Các máy tắnh cá nhân kieạu cũ chă có theạ Địa chă hóa trưĩc tiếp 1MB boả nhớ do haĩn chế cuủa boả vi xưủ lý 8088. Các BXL hieản nay, như 80486 vaụ Pentium, có khaủ năng Địa chă hóa hơn 4GB boả nhớ. Vaảy laụm thế naụo các máy mới có theạ tương thắch ngươĩc với các máy cũ, Đeạ có theạ thưụa hươủng moảt khối lươĩng chương trình ứng duĩng khoạng lồ Đang có sẵn.
Ủeạ vươĩt qua giới haĩn cuủa boả nhớ truyền thống, ngươụi ta Đã boạ sung thêm boả nhớ trieạn khai, boả nhớ mơủ roảng, các boả nhớ trên, vaụ những phần mềm Đeạ sưủ duĩng các boả nhớ Đó.
* Boả nhớ quy ước. Các boả vi xưủ lý 8086 vaụ 8088 (có sẵn khi máy IBM PC Đươĩc thiết kế) Đều có theạ sưủ duĩng thẳng 1MB RAM (1024K). Các nhaụ thiết kế máy PC Đã quyết Định chế taĩo phần 640K RAM daụnh riêng cho các chương trình sưủ duĩng trong chế Đoả thưĩc (real mode) cuủa BXL; phần 384KB coụn laĩi duụng cho các chức năng heả thống noải boả. Phần 640K RAM cơ sơủ Đó goĩi laụ boả nhớ quy ước (conventional memory) trong các máy sưủ duĩng BXL Intel vaụ chaĩy với heả Điều haụnh MS- DOS.
Trong những năm 1980, boả nhớ 640K laụ Đuủ, nhưng caụng về sau các chương trình ứng duĩng cứ Đồ soả dần lên nên các nhaụ thiết kế máy phaủi nghĩ cách mơủ roảng khaủ năng cuủa boả nhớ. * Boả nhớ mơủ roảng (extended memory). Ủươĩc giới thieảu trong máy PC/AT cuủa hãng IBM, BXL 80286 Đã Đươĩc dưĩ tắnh trước Đeạ vươĩt qua giới haĩn 640K bằng cách sưủ duĩng chế Đoả baủo veả (protected mode). BXL 80286 có theạ laảp Địa chă cho 16MB boả nhớ ơủ chế Đoả baủo veả, coụn 80386 vaụ 80486 có theạ quaủn lý Đến 4GB boả nhớ trong chế Đoả baủo veả. Khaủ năng thì như vaảy nhưng không khai thác hết vì Đắt tiền vaụ cũng không cần thiết. Hieản nay, tất caủ các heả máy tắnh Đều có lắp thêm trên board meĩ vaụi ba MB ngoaụi 1MB truyền thống vaụ goĩi laụ boả nhớ mơủ roảng.
Ngoaụi BXL phaủi thuoảc loaĩi tốt, boả nhớ mơủ roảng coụn cần sưĩ trơĩ giúp cuủa các phần mềm quaủn lý thắch hơĩp. HIMEM.SYS trong DOS 5.0 vaụ Microsoft Windows 3.0 (vaụ các phiên baủn sau) hieản Đang Đươĩc sưủ duĩng roảng rãi nhất Đeạ truy caảp boả nhớ mơủ roảng.
* Boả nhớ trieạn khai, hay coụn goĩi laụ baụnh trướng (expanded memory). Ủây laụ moảt phương pháp mang tắnh kỹ xaủo nhằm vươĩt qua haụng raụo 640K bằng cách lần lươĩt chuyeạn Đoại các băng nhớ cuủa boả nhớ truyền thống, nơi maụ CPU có theạ truy caảp theo chế Đoả thưĩc. Tiêu chuaạn kỹ thuaảt LIM hoaẽc EMS Đã sưủ duĩng các băng nhớ 16K Đươĩc ánh xaĩ vaụo trong daủi 64K cuủa boả nhớ chế Đoả thưĩc nằm trên boả nhớ cơ baủn 640K; như vaảy có theạ chaĩy Đồng thơụi với bốn "khối" nhớ trieạn khai trong chế Đoả thưĩc. EMS/LIM 4.0 laụ tiêu chuaạn boả nhớ trieạn khai có theạ quaủn lý Đến 32MB bieạu kiến. Tuy nhiên, kỹ thuaảt chuyeạn Đoại băng naụy sẽ laụm cho thơụi gian truy caảp boả nhớ chaảm hơn so với boả nhớ mơủ roảng.
Vuụng nhớ trên (high memory hoaẽc uper memory area). Trong máy tắnh tương thắch IBM PC chaĩy với MS-DOS, Đây laụ vuụng boả nhớ nằm giữa boả nhớ quy ước 640K vaụ giới haĩn 1024K. Ủối với các máy PC nguyên thuủy, moảt số băng trong vuụng naụy Đươĩc duụng cho sưủ duĩng heả thống, nhưng thưĩc sưĩ không duụng Đến. Các chương trình quaủn lý boả nhớ, cũng như HIMEM.SYS có trong MS- DOS 6.2 có khaủ năng toạ chức vuụng nhớ trên naụy Đeạ duụng cho các trình tieản ắch heả thống vaụ các trình thươụng trú (TSR).
* Boả nhớ aủo (virtual memory). Ủây laụ moảt phương pháp mơủ roảng kắch thước bieạu kiến cuủa boả nhớ RAM heả thống bằng cách duụng moảt phần Điã cứng laụm RAM moủ roảng. Hầu hết các chương trình ứng duĩng DOS Đều thưĩc hieản vieảc tráo Đoại các leảnh chương trình vaụ dữ lieảu vaụo ra Điã thay vì giữ chúng trong boả nhớ. Tưụ BXL 80286 trơủ lên, nhất laụ 80386, Đều có theạ quaủn lý các thao tác boả nhớ aủo ơủ mức heả Điều haụnh, nên bất kyụ chương trình naụo cũng sưủ duĩng Đươĩc tắnh ưu vieảt naụy, laụm cho RAM Đươĩc phát trieạn liền khối với Điã cứng. Trong chế Đoả 386 Enhanced, Microsoft Windows taản duĩng hết khaủ năng boả nhớ aủo cuủa các BXL naụy, vaụ có theạ "trông coi" moảt lươĩng RAM gần như không giới haĩn. Tuy nhiên tốc Đoả truy caảp Điã chaảm hơn nhiều so với RAM. Cho nên nếu ta thươụng xuyên chaĩy nhiều chương trình với Windows thì tốt nhất laụ tăng RAM (8M) Đeạ taản duĩng Đươĩc ưu vieảt cuủa khaủ năng Đa nhieảm.