CHƢƠNG 3 : CÁC CẤP BỘ NHỚ
1. Phân loại các bộ nhớ bán dẫn
Dựa vào cấu tạo, nguyên lý hoạt động, khả năng lƣu trữ và tốc độ đọc/ghi dữ liệu, bộ nhớ bán dẫn có thể đƣợc phân loại nhƣ hình 3.1:
Hình 3.1 Phân loại các bộ nhớ bán dẫn
- ROM (Read Only Memory): đƣợc chế tạo bằng cơng nghệ bán dẫn. Chƣơng trình trong ROM đƣợc viết vào lúc chế tạo nó. Thơng thƣờng, ROM
chứa chƣơng trình khởi động máy tính, chƣơng trình điều khiển trong các thiết bị điều khiển tự động,....
- PROM (Programmable ROM): Chế tạo bằng các mối nối (cầu chì - có thể làm đứt bằng điện). Chƣơng trình nằm trong PROM có thể đƣợc viết vào bởi ngƣời sử dụng bằng thiết bị đặc biệt và khơng thể xóa đƣợc
- EPROM (Erasable PROM): Chế tạo bằng nguyên tắc phân cực tĩnh điện. Chƣơng trình nằm trong ROM có thể đƣợc viết vào (bằng điện) và có thể xóa (bằng tia cực tím - trung hòa tĩnh điện) để viết lại bởi ngƣời sử dụng
- EEPROM (Electrically EPROM) Chế tạo bằng công nghệ bán dẫn. Chƣơng trình nằm trong ROM có thể đƣợc viết vào và có thể xóa (bằng điện) để viết lại bởi ngƣời sử dụng
- RAM có đặc tính là các ơ nhớ có thể đƣợc đọc hoặc viết vào trong khoảng thời gian bằng nhau cho dù chúng ở bất kỳ vị trí nào trong bộ nhớ. Mỗi ơ nhớ có một địa chỉ, thơng thƣờng, mỗi ô nhớ là một byte (8 bit), nhƣng hệ thống có thể đọc ra hay viết vào nhiều byte (2,4, hay 8 byte). Bộ nhớ trong (RAM) đƣợc đặc trƣng bằng dung lƣợng và tổ chức của nó (số ơ nhớ và số bit cho mỗi ô nhớ), thời gian thâm nhập (thời gian từ lúc đƣa ra địa chỉ ô nhớ đến lúc đọc đƣợc nội dung ơ nhớ đó) và chu kỳ bộ nhớ (thời gian giữa hai lần liên tiếp thâm nhập bộ nhớ)
Hình 3.2 Vận hành của bộ nhớ RAM (Wi, Wj, R/W là các tín hiệu điều khiển)
Tuỳ theo công nghệ chế tạo, ngƣời ta phân biệt RAM tĩnh (SRAM: Static RAM) và RAM động (Dynamic RAM).
RAM tĩnh đƣợc chế tạo theo công nghệ ECL (CMOS và BiCMOS). Mỗi bit nhớ gồm có các cổng logic với độ 6 transistor MOS, việc nhớ một dữ liệu là tồn tại nếu bộ nhớ đƣợc cung cấp điện. SRAM là bộ nhớ nhanh, việc đọc không làm huỷ nội dung của ô nhớ và thời gian thâm nhập bằng chu kỳ bộ nhớ.
RAM động dùng kỹ thuật MOS. Mỗi bit nhớ gồm có một transistor và một tụ điện. Cũng nhƣ SRAM, việc nhớ một dữ liệu là tồn tại nếu bộ nhớ đƣợc cung
cấp điện. Việc ghi nhớ dựa vào việc duy trì điện tích nạp vào tụ điện và nhƣ vậy việc đọc một bit nhớ làm nội dung bit này bị huỷ. Vậy sau mỗi lần đọc một ô nhớ, bộ phận điều khiển bộ nhớ phải viết lại ơ nhớ đó nội dung vừa đọc và do đó chu kỳ bộ nhớ động ít nhất là gấp đơi thời gian thâm nhập ô nhớ. Việc lƣu giữ thông tin trong bit nhớ chỉ là tạm thời vì tụ điện sẽ phóng hết điện tích đã nạp vào và nhƣ vậy phải làm tƣơi bộ nhớ sau mỗi 2μs. Làm tƣơi bộ nhớ là đọc ô nhớ và viết lại nội dung đó vào lại ơ nhớ. Việc làm tƣơi đƣợc thực hiện với tất cả các ô nhớ trong bộ nhớ. Việc làm tƣơi bộ nhớ đƣợc thực hiện tự động bởi một vi mạch bộ nhớ. Bộ nhớ DRAM chậm nhƣng rẻ tiền hơn SRAM.
Các loại DRAM
Hình 3.3 SRAM và DRAM
SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) đƣợc gọi là DRAM đồng bộ.
SDRAM gồm các loại: SDR, DDR, DDR2, DDR3 và DDR4
SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM), thƣờng đƣợc giới chuyên
mơn gọi tắt là "SDR". Có 168 chân. Đƣợc dùng trong các máy vi tính cũ, bus speed chạy cùng vận tốc với clock speed của memory chip, nay đã lỗi thời.
DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), thƣờng đƣợc giới chun
mơn 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 đƣợc thay thế bởi DDR2.
DDR2 SDRAM (Double Data Rate 2 SDRAM), Thƣờng đƣợc giới
chuyên môn gọi tắt là "DDR2". 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 đơi clock speed.
DDR3 SDRAM (Double Data Rate III SDRAM): có tốc độ bus 800/1066/1333/1600 Mhz, số bit dữ liệu là 64, điện thế là 1.5v, tổng số pin là 240.
RDRAM (Viết tắt từ Rambus Dynamic RAM), thƣờng đƣợc giới chuyên
môn gọi tắt là "Rambus". Đây là một loại DRAM đƣợc 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 hƣớng. Một kênh bộ nhớ RDRAM có thể hỗ trợ đến 32 chip DRAM. Mỗi chip đƣợc ghép nối tuần tự trên một module gọi là RIMM (Rambus Inline Memory Module) nhƣng việc truyền dữ liệu đƣợc 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 đƣờng 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 khơng chứa RIMM sẽ phải gắn một module liên tục để đảm bảo đƣờng truyền đƣợc nối liền. Tốc độ Rambus đạt từ 400- 800 MHz. Rambus tuy không nhanh hơn SDRAM là bao nhƣng lại đắt hơn rất nhiều nên có rất ít ngƣời dùng. RDRAM phải cắm thành cặp và ở những khe trống phải cắm những thanh RAM giả (còn gọi là C-RIMM) cho đủ.
LPDDR (Low Power Double Data Rate SDRAM), là loại DRAM có điện
năng thấp. Đƣợc đóng gói dƣới dạng BGA (chân bi), loại DRAM này thƣờng đƣợc sử dụng trên các loại điện thoại thơng minh, máy tính bảng, laptop siêu mỏng.
Dung lƣợng
Dung lƣợng RAM đƣợc tính bằng MB và GB, thơng thƣờng RAM đƣợc thiết kế với các dung lƣợng 256MB,512MB,1GB,2GB,3GB,4GB,8GB... Dung lƣợng của RAM càng lớn càng tốt cho hệ thống, tuy nhiên không phải tất cả các hệ thống phần cứng và hệ điều hành đều hỗ trợ các loại RAM có dung lƣợng lớn, một số hệ thống phần cứng của máy tính cá nhân chỉ hỗ trợ đến tối đa 4GB và một số hệ điều hành (nhƣ phiên bản 32 bit của Windows XP) chỉ hỗ trợ đến 32GB.
Các loại RAM, BUS RAM và Bandwidth tƣơng ứng
SDR SDRAM đƣợc phân loại theo bus speed nhƣ sau:
o PC-66: 66 MHz bus.
o PC-100: 100 MHz bus.
DDR SDRAM đƣợc phân loại theo bus speed và bandwidth nhƣ sau:
o DDR-200: Còn đƣợc MBps bandwidth.
gọi là PC-1600. 100 MHz bus với 1600
o DDR-266: Còn đƣợc MBps bandwidth.
gọi là PC-2100. 133 MHz bus với 2100
o DDR-333: Còn đƣợc MBps bandwidth.
gọi là PC-2700. 166 MHz bus với 2667
o DDR-400: Còn đƣợc MBps bandwidth.
gọi là PC-3200. 200 MHz bus với 3200
DDR2 SDRAM đƣợc phân loại theo bus speed và bandwidth nhƣ sau:
o DDR2-400: Còn đƣợc gọi là PC2-3200. 200 MHz bus với 3200 MBps bandwidth.
100 MHz clock,
o DDR2-533: Còn đƣợc gọi là PC2-4200. 266 MHz bus với 4267 MBps bandwidth.
133 MHz clock,
o DDR2-667: Còn đƣợc gọi là PC2-5300. 333 MHz bus với 5333 MBps bandwidth.
166 MHz clock,
o DDR2-800: Còn đƣợc gọi là PC2-6400. 400 MHz bus với 6400 MBps bandwidth
200 MHz clock,
DDR3 SDRAM đƣợc phân loại theo bus speed và bandwidth nhƣ sau:
o DDR3-1066: Còn đƣợc gọi là PC3-8500. 533 MHz clock, 1066 MHz bus với 8528 MBps bandwidth
o DDR3-1333: Còn đƣợc gọi là PC3-10600. 667 MHz clock, 1333 MHz bus với 10664 MBps bandwidth
o DDR3-1600: Còn đƣợc gọi là PC3-12800. 800 MHz clock, 1600 MHz bus với 12800 MBps bandwidth
o DDR3-2133: Còn đƣợc gọi là PC3-17000. 1066 MHz clock, 2133 MHz bus với 17064 MBps bandwidth
DDR4 SDRAM đƣợc phân loại theo bus speed và bandwidth nhƣ sau:
o DDR4-2133: Tên module PC4-17000. 1067 MHz clock,
2133 MHz bus với 17064 MBps bandwidth.
o DDR4-2400: Tên module PC4-19200. 1200 MHz clock,
o DDR4-2666: Tên module PC4-21300. 1333 MHz clock, 2666 MHz bus với 21328 MBps bandwidth.
o DDR4-3200: Tên module PC4-25600. 1600 MHz clock,
3200 MHz bus với 25600 MBps bandwidth