Nói chung, bộ nhớ được phân loại theo một vài thuộc tính. Sau đây là một số cách phân loại bộ nhớ:
Theo chức năng bộ nhớ được chia thành hai lọai: - Bộ nhớ trong ( bộ nhớ chính)
- Bộ nhớ ngoài. ( bộ nhớ phụ)
Dựa trên thời gian ghi và cách ghi bộ nhớ trong có thể chia thành: - Bộ nhớ cố định
- Bộ nhớ bán cố định - Bộ nhớ đọc/ ghi
87
Hình 2.45 Phân loại bộ nhớ
Bộ nhớ cố định nội dung
ROM (Read Only Memory):
Bộ nhớ có nội dung ghi sẵn một lần khi chế tạo được gọi là bộ nhớ cố định và được ký hiệu là ROM. Việc ghi được thực hiện bằng mặt nạ. Một phần tử nhớ trong ROM thường đơn giản hơn nhiều so với một mạch lật trong bộ nhớ đọc /ghi, vì trạng thái của nó cố định. Chương trình điều khiển của hầu hết các hệ vi tính được giữ trong ROM.
Bộ nhớ bán cố định nội dung
EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
Đây là bộ nhớ xóa được bằng tia cực tím và ghi lại được. Số lần xóa và ghi lại không hạn chế. Chúng có thời gian ghi lớn hơn rất nhiều so với bộ nhớ đoc/ghi. Dưới tác dụng của tia cực tím tất cả các ô nhớ bị xóa cùng một lúc, trở về giá trị =1, khi xóa mạch nhớ phải được đưa ra khỏi hệ vi tính để xóa. Điều thuận tiện ở bộ nhớ bán cố định cũng như ROM, là bộ nhớ tuy bất biến khi dùng nhưng vẫn có thể ghi lại được. Một bộ nhớ bất biến là bộ nhớ có nội dung không bị mất khi nguồn điện bị ngắt.
EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory
EEPROM cũng tương tự EPROM, có thể ghi được nhiều lần, có nghĩa là ghi lại và sử dụng lại, nhưng EEPROM không xoá bằng tia cực tím mà bằng xung điện nên khi xóa vẫn để trong mạch điện.
88
Hình 2.46 Các loại bộ nhớ ROM
Bộ nhớ đọc/ ghi- RAM
RAM (Radom Access Memory) kiểu truy nhập ngẫu nhiên, chỉ cần có địa chỉ áp đặt, vị trí nào không quan trọng, sẽ truy nhập được nội dung địa chỉ trỏ tới. Bộ nhớ có thể ghi và đọc nhiều lần, với thời gian ghi ngắn cỡ vài chục đến vài trăm nano giây. Trong các hệ vi tính, bộ nhớ đọc/ghi được sử dụng để cất giữ chương trình (hệ điều hành, ứng dụng), kết quả trung gian.
Các loại RAM:
Hình 2.47 Các loại RAM
SRAM (Static RAM)- bộ nhớ tĩnh
SRAM là bộ nhớ đọc/ghi có nguyên lý hoạt động tĩnh: ghi vào một giá trị và tồn tại cho tới khi ghi giá trị mới. Khi mất điện sẽ mất nội dung. Bộ nhớ đọc/ghi tĩnh có các ô nhớ cấu tạo tương tự như mạch lật. SRAM không cần điều khiển phức tạp như DRAM, tốc độ nhanh hơn (tA = 10 ns), tin cậy hơn nhưng giá thành tính theo bit đắt hơn DRAM, được sử dụng làm bộ đệm cache trong các bộ vi xử lý hay máy vi tính. Bit nhớ được tạo bởi Flip-Flop.
89
Ví dụ cho 1 bit SRAM: Trên hình bên là sơ đồ nguyên lí một một ô nhớ của RAM tĩnh, mạch nhớ sử dụng 6 transistor. 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.
Hình 2.48 1 phần tử RAM tĩnh
Ví dụ tổ chức một Chip RAM 32Kx8 bao gồm:
- Ma trận các ô nhớ, hay byte nhớ (khối hàng x cột); - Địa chỉ truy nhập vào ô nhớ hay byte nhớ (address lines);
- Bus và khuyếch đại bus dữ liệu đọc ra hay ghi vào các ô/byte nhớ (I/O lines) - Tín hiệu điều khiển đọc/ghi (READ/WRITE) (CS/, WE/, OE/).
90
Lĩnh vực sử dụng SRAM:
Do giá thành cao, mật độ chế tạo (transistors/1 bit ) cao, tốc độ nhanh, tin cậy, dễ thiết kế cho ứng dụng, nên
§ Trong máy tính SRAM thường dùng như RAM cache.
§ Trong các thiết bị điện tử số, đặc biệt trong các vi điều khiển của HTN , SRAM được sử dụng phổ biến bởi các tính năng nên trên. Hơn nữa các HTN không cần dung lượng bộ nhớ lớn như ở máy tính phổ thông.
Lĩnh vực sử dụng DRAM (Dynamic RAM) RAM động
Hình dưới là sơ đồ một ô nhớ RAM động được tạo từ 1 transistor và 1 tụ điện. RAM động dùng kỹ thuật MOS. Mỗi bit nhớ gồm một transistor và một tụ điện kí sinh. Việc ghi nhớ dữ liệu dựa vào việc duy trì điện tích nạp vào tụ điện và bị mất dần theo thời gian. Do vậy cần khôi phục lại dữ liệu, gọi là làm tươi (refresh). Qui trình làm tươi diễn ra liên tục, tự động theo chu kì (ví dụ khoản 2μs, hay khác tùy dung lượng và công nghệ chế tạo), vì thế gọi là RAM động. 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 làm tươi. Bộ nhớ DRAM chậm, dễ chế tạo, mật độ cao/đơn vị diện tích, phù hợp cho chế tạo RAM, rẻ tiền hơn SRAM. Đổi lại điều khiển phức tạp.
91
92
Khi thiết kế DRAM dự vào đặc tả của CAS/ và RAS để thiết kế logic điều khiển
Các loại DRAM sử dụng trong máy vi tính PC
1. SDRAM (Viết tắt từ Synchronous Dynamic RAM) được gọi là DRAM đồng bộ. SDRAM gồm 3 phân loại: SDR, DDR, và DDR2.
o SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM), thường được giới chuyên môn gọi tắt là "SDR". Có 168 chân. Được dùng trong các máy vi tính cũ, bus speed chạy cùng vận tốc với clock speed của memory chip, nay đã lỗi thời.
o DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), thường được giới chuyên môn gọi tắt là "DDR". Có 184 chân. DDR SDRAM 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. Đã được thay thế bởi DDR2. o DDR2 SDRAM (Double Data Rate 2 SDRAM), Thường được giới chuyên môn gọi tắt là "DDR2/DDR3". Là thế hệ thứ hai của DDR với 240 chân, lợi thế lớn nhất của nó so với DDR là có bus speed cao gấp đôi clock speed.
2. RDRAM (Viết tắt từ Rambus Dynamic RAM), thường được giới chuyên môn gọi tắt là "Rambus". Đây là một loại DRAM được thiết kế kỹ thuật hoàn toàn mới so với kỹ thuật SDRAM. 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. Tốc độ Rambus đạt từ 400-800MHz. Rambus 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.
Bộ nhớ ngoài
SAM (Sequencial Access Memory)
SAM là bộ nhớ ngoài thâm nhập trình tự. Thời gian thâm nhập phụ thuộc vào vị trí của thông tin trên phương tiện mang tin. Ví dụ băng từ (Tap Cartridges) dùng như thiết bị lưu trữ dữ liệu của máy vi tính.
DAM (Direct Access Memory)
DAM cho phép thâm nhập tới bất cứ vùng dữ liệu nào cần. Thời gian thâm nhập phụ thuộc vào vị trí của thông tin trên phương tiên mang tin. Ví dụ thiết bị đĩa cứng, đĩa mềm thuộc loại thiết bị ngoại vi kiểu DAM.
CD-ROM ( Compact Disk Read Only Memory)
CD-ROM là loại thiết bị đĩa dựa trên nguyên lý quang laser. Dung lượng của đĩa CD- ROM rất lớn có khả năng chứa tới 650 MByte.
93
WORM ( Write Once Read Many)
WORM cho phép người sử dụng ghi thông tin một lần để đọc nhiều lần. Kiểu đĩa này rất thuận tiện cho việc sao chép phần mềm hay dự liệu khi triển khai các ứng dụng tin học.
DVD ( Digital Versail Disk)
DVD cho phép ghi nhiều lớp thông tin trên một đĩa làm cho dung lượng của đĩa tăng lên đáng kể so với CD-ROM. Một đĩa DVD có thể lưu trữ lượng thông tin gấp 17 lần một đĩa CD-ROM.
Những mạch nhớ bán dẫn hiện nay có sức chứa giới hạn. Trong một vài ứng dụng, một bộ nhớ không những cần có dung lượng đủ lớn, mà còn cần được tổ chức để có số lượng từ và số lượng bit trong một từ như mong muốn. Nói chung, trong bộ nhớ có nhiều vi mạch nhớ được nối ghép lại để có độ dài từ và tổng số từ cần thiết. Những vi mạch nhớ bán dẫn được thiết kế sao cho có đầy đủ những chức năng của một bộ nhớ như:
- Một ma trận các phần tử nhớ, mỗi phần tử chứa một bit - Phần mạch logic để giải mã địa chỉ cho ô nhớ
- Phần mạch lôgic cho phép đọc/ghi được nội dung của ô nhớ - Bộ đệm vào, bộ kích ra
- Phần mạch mở rộng địa chỉ