II. Mạch giải mó
1. Khỏi niệm chung:
a. Khỏi niệm:
Chỳng ta bắt đầu với một số thuật ngữ liờn quan đến bộ nhớ:
- Tế bào nhớ: là linh kiện hay một mạch điện tử dựng để lưu trữ một bit đơn (0 hay 1). Thớ dụ của một tế bào nhớ bao gồm: mạch FF, tụ được tớch điện, một điểm trờn băng từ hay đĩa từ. . . .
- Từ nhớ: là một nhúm cỏc bit (tế bào) trong bộ nhớ dựng biểu diễn cỏc
lệnh hay dữ liệu dưới dạng một số nhị phõn. Thớ dụ một thanh ghi 8 FF là một phần tử nhớ lưu trữ từ 8 bit. Kớch thước của từ nhớ trong cỏc mỏy tớnh hiện đại cú chiều dài từ 4 đến 64 bit.
- Byte: từ 8 bit, đõy là kớch thước thường dựng của từ nhớ trong cỏc mỏy
vi tớnh.
- Dung lượng: chỉ số lượng bit cú thể lưu trữ trong bộ nhớ. Thớ dụ bộ nhớ
cú khả năng lưu trữ 4.096 từ nhớ 20 bit, dung lượng của nú là 4096 x 20, mỗi 1024 (=210) từ nhớ được gọi là “1K”, như vậy 4096 x 20 = 4K x 20. Với dung lượng lớn hơn ta dựng “1M” hay 1meg để chỉ 220 = 1.048.576 từ nhớ.
- Địa chỉ: là số nhị phõn dựng xỏc định vị trớ của từ nhớ trong bộ nhớ.
Mỗi từ nhớ được lưu trong bộ nhớ tại một địa chỉ duy nhất. Địa chỉ luụn luụn được biểu diễn bởi số nhị phõn, tuy nhiờn để thuận tiện người ta cú thể dựng số hex hay thập phõn, bỏt phõn
- Tỏc vụ đọc: (Read, cũn gọi là fetch ), một từ nhớ tại một vị trớ nào đú trong bộ nhớ được truy xuất và chuyển sang một thiết bị khỏc.
- Tỏc vụ viết: (ghi, Write, cũn gọi là store ), một từ mới được đặt vào một vị trớ trong bộ nhớ, khi một từ mới được viết vào thỡ từ cũ mất đi.
- Thời gian truy xuất (access time): số đo tốc độ hoạt động của bộ nhớ, ký
hiệu tACC Đú là thời gian cần để hoàn tất một tỏc vụ đọc. Chớnh xỏc đú là thời gian từ khi bộ nhớ nhận một địa chỉ mới cho tới lỳc dữ liệu khả dụng ở ngó ra bộ nhớ
- Bộ nhớ khụng vĩnh cửu (volatile): Bộ nhớ cần nguồn điện để lưu trữ
thụng tin. Khi ngắt điện, thụng tin lưu trữ bị mất. Hầu hết bộ nhớ bỏn dẫn là loại khụng vĩnh cửu, trong khi bộ nhớ từ là loại vĩnh cữu (nonvolatile).
- Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiờn (Random-Access Memory, RAM): Khi cần truy xuất một địa chỉ ta tới ngay địa chỉ đú. Vậy thời gian đọc hay viết dữ liệu vào
cỏc vị trớ nhớ khỏc nhau trong bộ nhớ khụng tựy thuộc vào vị trớ nhớ. Núi cỏch khỏc, thời gian truy xuất như nhau đối với mọi vị trớ nhớ. Hầu hết bộ nhớ bỏn dẫn và nhẫn từ (bộ nhớ trong của mỏy tớnh trước khi bộ nhớ bỏn dẫn ra đời) là loại truy xuất ngẫu nhiờn.
- Bộ nhớ truy xuất tuần tự (Sequential-Access Memory, SAM): Khi cần
truy xuất một địa chỉ ta phải lướt qua cỏc địa chỉ trước nú. Như vậy thời gian đọc và viết dữ liệu ở những vị trớ khỏc nhau thỡ khỏc nhau. Những thớ dụ của bộ nhớ này là băng từ, đĩa từ. Tốc độ làm việc của loại bộ nhớ này thường chậm so với bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiờn.
- Bộ nhớ đọc/viết (Read/Write Memory, RWM): Bộ nhớ cú thể viết vào
và đọc ra.
- Bộ nhớ chỉ đọc (Read-Only Memory, ROM): là bộ nhớ mà tỉ lệ tỏc vụ
đọc trờn tỏc vụ ghi rất lớn. Về mặt kỹ thuật, một ROM cú thể được ghi chỉ một lần ở nơi sản xuất và sau đú thụng tin chỉ cú thể được đọc ra từ bộ nhớ. Cú loại ROM cú thể được ghi nhiều lần nhưng tỏc vụ ghi khỏ phức tạp hơn là tỏc vụ đọc. ROM thuộc loại bộ nhớ vĩnh cửu và dữ liệu được lưu giữ khi đó cắt nguồn điện.
- Bộ nhớ tĩnh (Static Memory Devices): là bộ nhớ bỏn dẫn trong đú dữ
liệu đó lưu trữ được duy trỡ cho đến khi nào cũn nguồn nuụi.
- Bộ nhớ động (Dynamic Memory Devices): là bộ nhớ bỏn dẫn trong đú
dữ liệu đó lưu trữ muốn tồn tại phải được ghi lại theo chu kỳ. Tỏc vụ ghi lại được gọi là làm tươi (refresh).
- Bộ nhớ trong (Internal Memory): Chỉ bộ nhớ chớnh của mỏy tớnh. Nú lưu trữ
cỏc lệnh và dữ liệu mà CPU dựng thường xuyờn khi hoạt động.
- Bộ nhớ khối (Mass Memory): Cũn gọi là bộ nhớ phụ, nú chứa một lượng thụng
tin rất lớn ở bờn ngoài mỏy tớnh. Tốc độ truy xuất trờn bộ nhớ này thường chậm và nú thuộc loại vĩnh cửu.
b. Phõn loại:
Cú 3 loại bộ nhớ bỏn dẫn :
- Bộ nhớ bỏn dẫn chỉ đọc: (Read Only Memory, ROM)
- Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiờn: (Random Access Memory, RAM)
Thật ra ROM và RAM đều là loại bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiờn, nhưng RAM được giữ tờn gọi này. Để phõn biệt chớnh xỏc ROM và RAM ta cú thể gọi ROM là bộ nhớ chết (nonvolatile, vĩnh cữu) và RAM là bộ nhớ sống (volatile, khụng vĩnh cữu) hoặc nếu coi ROM là bộ nhớ chỉ đọc thỡ RAM là bộ nhớ đọc được - viết được (Read-Write Memory)
- Thiết bị logic lập trỡnh được: (Programmable Logic Devices, PLD) cú thể núi điểm khỏc biệt giữa PLD với ROM và RAM là qui mụ tớch hợp của PLD thường khụng lớn như ROM và RAM và cỏc tỏc vụ của PLD thỡ cú phần hạn chế.
c. Nguyờn lý hoạt động:
Mặc dự mỗi loại bộ nhớ cú hoạt động bờn trong khỏc nhau, nhưng chỳng cú chung một số nguyờn tắc vận hành mà chỳng ta cú thể tỡm hiểu sơ lược trước khi đi vào nghiờn cứu từng loại bộ nhớ.
Mỗi hệ thống nhớ luụn cú một số yờu cầu ở cỏc ngó vào và ra để hoàn thành một số tỏc vụ:
- Chọn địa chỉ trong bộ nhớ để truy xuất (đọc hoặc viết) - Chọn tỏc vụ đọc hoặc viết để thực hiện
- Cung cấp dữ liệu để lưu vào bộ nhớ trong tỏc vụ viết - Gửi dữ liệu ra từ bộ nhớ trong tỏc vụ đọc
- Cho phộp (Enable) (hay Khụng, Disable) bộ nhớ đỏp ứng (hay khụng) đối với lệnh đọc/ghi ở địa chỉ đó gọi đến.
Từ cỏc tỏc vụ kể trờn, ta cú thể hỡnh dung mỗi IC nhớ cú một số ngó vào ra như sau:
- Ngó vào địa chỉ : mỗi vị trớ nhớ xỏc định bởi một địa chỉ duy nhất, khi cần đọc dữ liệu ra hoặc ghi dữ liệu vào ta phải tỏc động vào chõn địa chỉ của vị trớ nhớ đú. Một IC cú n chõn địa chỉ sẽ cú 2n vị trớ nhớ. Ký hiệu cỏc chõn địa chỉ là A0 đến An-1 Một IC cú 10 chõn địa chỉ sẽ cú 1024 (1K) vị trớ nhơ.
- Ngó vào/ra dữ liệu: Cỏc chõn dữ liệu là cỏc ngó vào/ra, nghĩa là dữ liệu luụn được xử lý theo hai chiều. Thường thỡ dữ liệu vào/ra chung trờn một chõn
nờn cỏc ngó này thuộc loại ngó ra 3 trạng thỏi. Số chõn địa chỉ và dữ liệu của một IC xỏc định dung lượng nhớ của IC đú. Thớ dụ một IC nhớ cú 10 chõn địa chỉ và 8 chõn dữ liệu thỡ dung lượng nhớ của IC đú là 1Kx8 (8K bit hoặc 1K Byte).
- Cỏc ngó vào điều khiển: Mỗi khi IC nhớ được chọn hoặc cú yờu cầu xuất nhập dữ liệu cỏc chõn tương ứng sẽ được tỏc động. Ta cú thể kể ra một số ngó vào điều khiển:
* CS: Chip select - Chọn chip - Khi chõn này xuống thấp IC được chọn * CE: Chip Enable - Cho phộp chip - Chức năng như chõn CS * OE: Output Enable - Cho phộp xuất - Dựng khi đọc dữ liệu
* WR/: Read/Write - Đọc/Viết - Cho phộp Đọc dữ liệu ra khi ở mức cao và Ghi dữ liệu vào khi ở mức thấp
* CAS: Column Address Strobe - Chốt địa chỉ cột *RAS: Row Address Strobe - Chốt địa chỉ hàng.
Trong trường hợp chip nhớ cú dung lượng lớn, để giảm kớch thước của mạch giải mó địa chỉ bờn trong IC, người ta chia số chõn ra làm 2: địa chỉ hàng và địa chỉ cột. Như vậy phải dựng 2 mạch giải mó địa chỉ nhưng mỗi mạch nhỏ hơn rất nhiều. Thớ dụ với 10 chõn địa chỉ, thay vỡ dựng 1 mạch giải mó 10 đường sang 1024 đường, người ta dựng 2 mạch giải mó 5 đường sang 32 đường, hai mạch này rất đơn giản so với một mạch kia. Một vị trớ nhớ bõy giờ cú 2 địa chỉ : hàng và cột, dĩ nhiờn muốn truy xuất một vị trớ nhớ phải cú đủ 2 địa chỉ nhờ 2 tớn hiệu RAS và CAS.