Đề tài Tìm hiểu về RAM

Thành viên: Nguyễn Thanh Tâm Nguyễn Quốc Huy Đặng Quang Phúc (Random Access Memory) I. Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động ram. { Ram (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất bất kỳ, còn gọi là bộ nhớ đọc viết (RWM – Read Write Memory). Nghĩa là mọi địa chỉ nhớ đều cho phép dể dàng truy cập như nhau. Trong máy tính RAM được dùng như bộ nhớ tạm hay bộ nhớ nháp. Ưu điểm: RAM đọc hay viết dữ liệu lưu trữ ở RAM bất cứ lúc nào.Nhược điểm: do RAM là một dạng bộ nhớ bay hơi (volatile) nên khi mất điện dữ liệu sẽ bị xóa hoàn toàn. — Hoạt động đọc (Read Operation)- Mã địa chỉ nhận được từ chọn thanh ghi để đọc hoặc viết. Để đọc thanh ghi được chọn thì đầu vào đọc ghi () phải là logic 1. Ngoài ra đầu vào chip select phải ở mức logic 0. Sự kết hợp giữa = 1 và = 0 sẽ cho phép bộ đệm đầu ra, sao cho nội dung của thanh ghi được chọn xuất hiện ở bốn đầu ra dữ liệu. = 1 cũng cấm bộ đệm đầu vào nên đầu vào dữ liệu không tác động đến bộ nhớ suốt hoạt động đọc. — Hoạt động ghi (Write Operation)- Để viết một từ 4 bit mới vào thanh ghi được chọn, khi đó cần phải có= 0 và = 0. Tổ hợp này cho phép bộ đệm đầu vào, vì vậy từ 4 bit đã đặt vào dữ liệu sẽ được nạp vào thanh ghi đã chọn. = 0 cũng cấm bộ đệm đầu ra. Bộ đệm đầu ra là bộ đệm 3 trạng thái nên đầu ra dữ liệu sẽ ở trạng thái Hi-Z trong hoạt động ghi. Hoạt động ghi sẽ xóa bỏ từ nào đã được lưu trữ tại địa chỉ đó. — Chọn chip (Chip Select)- Hầu hết các chip nhớ đều có một hay nhiều đầu vào CS dùng để cho phép toàn chip hoặc cấm nó hoàn toàn. Trong chế độ cấm, tất cả đầu vào và ra dữ liệu đều bị vô hiệu hóa (Hi-Z), chính vì vậy không hoạt động ghi đọc nào có thể xảy ra. Ngoài tên gọi CHỌN CHIP các nhà sản xuất còn gọi là CHIP ENABLE (CE). Khi đầu vào CS hay CE ở trạng thái tích cực thì chip nhớ đã được chọn còn ngược lại thì không được chọn. Tác dụng của chân CS hay CE là dùng để mở rộng bộ nhớ khi kết hợp nhiều chip nhớ với nhau. — Các chân vào ra chung (Common Input Output)- Để hạn chế số chân trong một IC, các nhà sản xuất thường kết hợp các chức năng nhập/xuất dữ liệu, dựa vào chân vào/ra (I/O). Đầu vào điều khiển các chân vào/ra này. Trong hoạt động đọc, chân I/O đóng vai trò như đầu ra dữ liệu, tái tạo nội dung của ô nhớ được chọn. Trong hoạt động ghi, chân I/O là đầu vào dữ liệu, dữ liệu cần ghi được đưa vào đây. II. Cấu trúc và các kiểu IC nhớ (DIP, SIP, SOJ, TSOP).Integrated circuit gọi tắt là IC là các mạch điện chứa các linh kiện bán dẫn (như transistor) và linh kiện điện tử thụ động (như điện trở) được kết nối với nhau, kích thước cỡ micrômét (hoặc nhỏ hơn) chế tạo bởi công nghệ silicon cho lĩnh vực điện tử học.Khái quát: IC nhớ liên lạc với thế giới bên ngoài thông qua 3 đường dây : Đường địa chỉ.Đường dữ liệuĐường điều khiểnĐịa chỉ bộ nhớ là 1 dạng nhị phân và mạch chuyển đổi trong IC nhớ sẽ chuyển đổi số nhị phân đó thành tín hiệu cụ thể.Các đường dữ liệu đưa các giá trị nhị phân đó đến các địa chỉ được chỉ định.Các đường điều khiển thì dùng để điều hành IC nhớ. Cấu trúc: (dựa vào chức năng và mục đích sử dụng mà có nhiều loại IC khác nhau).IC DRAM TMS44100 Các kiểu IC nhớ:DIP (Dual In-line Package): là chip nhớ trong máy tính cá nhân đầu tiên của chúng ta sử dụng một dạng chân cắm được gọi DIP, kiểu đóng gói hàng đôi này có ở các con chíp dạng “bọ” (bug) truyền thống, với 8 đến 40 chân được xếp thành hai hàng. SIP (Single In-line Package) : là kiểu đóng gói hàng đơn với các chân cắm chạy thành một hàng như một cây lược (ít dùng vì không tìm được phụ tùng thay thế).SOJ (Small-Out-line "J" Lead): là kiểu IC được sử dụng phổ biến hiện nay, các chân dẫn thò ra từ IC nhưng được bẻ cong xuống duới gói IC thành hình chữ “J”.Có thể thay thế các module SIMM. SOJ TSOP (Thin Small-Outline Package) : Giống SOJ nhưng thân IC mảnh sử dụng trong những máy laptop, PCMCIA.  TSOP III.Các tổ chức bộ nhớ trong hệ thống máy tính (Bộ nhớ quy ước (Conventional Memory), Bộ nhớ mở rộng (Extended Memory), Bộ nhớ bành trướng (Expanded Memory), Vùng nhớ trên(Upper Memory Area), Vùng nhớ cao (High Memory Area). Bộ nhớ quy ước (Conventional Memory): Là lớp dưới cùng. Nếu máy tính chỉ có các chip nhớ với tổng dung lượng 640 KB, toàn bộ đây là bộ nhớ quy ước. Các chương trình chạy trong DOS đều phải dùng ít nhất kiểu bộ nhớ này. Bộ nhớ mở rộng (extended memory): Là lớp trên của bộ nhớ quy ước, UMB và HMA. Máy 286 có thể có tới 15 MB bộ nhớ mở rộng, trong khi đó 386 về lý thuyết cho phép đạt tới 4 GB (4 tỉ bytes). Về mặt kỹ thuật, HMA là 64 KB đầu tiên của bộ nhớ mở rộng, tuy nhiên trong thực tế HMA và phần còn lại của bộ nhớ mở rộng có thể được xem như các lớp riêng biệt. Bộ nhớ bành trướng (expanted memory): kiểu bộ nhớ này yêu cầu một khối 64 KB của vùng nhớ trên(UMA). Nếu chương trình cần nhiều hơn 64 KB bộ nhớ bành trướng, các phần của bộ nhớ bành trướng được trao đổi qua khối UMA này. Phương pháp này cho phép có được bộ nhớ bành trướng dung lượng lớn mà không cần phải dự trữ một vùng lớn bên trong bộ nhớ phân lớp. Vùng nhớ trên(Upper Memory Area): Là lớp kế tiếp chiếm tới 384 KB, cao hơn vùng nhớ quy ước. Vùng này (gọi tắt là UMA) bao gồm 6 khối (, mỗi khối 64 KB. Do DOS đặt vùng này bên ngoài dành cho các chức năng phần cứng, bạn không thể thêm vào các chip nhớ để lấp đầy bộ nhớ này. Thông thường, các UMA chỉ được phần cứng đặt trên bản mạch chủ sử dụng. Các phần cứng đó là: bản mạch video, bản mạch giao diện của máy quét hình (scanner interface) và ROM.  Vùng nhớ cao (The high memory area): Gọi tắt là HMA, là vùng 64 KB kế tiếp các khối UMB. Chỉ có một vài trình tiện ích dùng đến vùng nhớ này. Đó là HIMEM.SYS của Windows, QEMM-386 của QUARterdeck và một số phần mềm mạng. IV. Các loại bộ nhớ vật lý (SRAM, VRAM, FPMDRAM, EDO RAM, SDRAM, DDRAM, RDRAM).SRAM (Satic Ram còn gọi là RAM tĩnh): là một loại bộ nhớ sử dụng công nghệ bán dẫn. Từ "tĩnh" nghĩa là bộ nhớ vẫn lưu dữ liệu nếu có điện, không như RAM động cần được nạp lại thường xuyên. Không nên nhầm RAM tĩnh với bộ nhớ chỉ đọc và bộ nhớ flash vì RAM tĩnh chỉ lưu được dữ liệu khi có điện. VRAM (Video Ram):Là loại bộ nhớ có hai cổng dữ liệu (dual-ported) thường được thiết kế trên card xử lý hình ảnh hoặc đồ họa. Một cổng được hướng ra màn hình để làm tươi và cập nhật hình ảnh. Cổng thứ hai được "nối" với CPU hoặc bộ điều khiển đồ họa nhằm thay đổi dữ liệu hình ảnh trong bộ nhớ. FPMDRAM (Fast Page Mode DRAM): Ðây là một dạng cải tiến của DRAM, về nguyên lý thì FPM DRAM sẽ chạy lẹ hơn DRAM một tí do cải tiến cách dò địa chỉ trước khi truy cập thông tin. Những loại RAM như FPM hầu như không còn sản xuất trên thị trường hiện nay nữa.  EDORAM (Extended Data Out DRAM): Là một dạng cải tiến của FPM DRAM, nó chạy lẹ hơn FPM DRAM một nhờ vào một số cải tiến cách dò địa chỉ trước khi truy cập data. Một đặc điểm nữa của EDO DRAM là nó cần support của system chipset. Loại memory nầy chạy với máy 486 trở lên (tốc độ dưới 75MHz). EDO DRAM cũng đã quá cũ so với kỹ thuật hiện nay. EDO-DRAM chạy lẹ hơn FPM-DRAM từ 10 - 15%.  SDRAM (Synchronous DRAM): Ðây là một loại RAM có nguyên lý chế tạo khác hẳn với các loại RAM trước. Như tên gọi của nó là "synchronous" DRAM, synchronous có nghĩa là đồng bộ, nếu bạn học vềđiện tử số thì sẽ rõ hơn ý nghĩ của tính đồng bộ.  (Synchronous là một khái niệm rất quan trọng trong lĩnh vực digital, trong giới hạn về chuyên môn tôi cũng rất lấy làm khó giải thích. Bạn chỉ cần biết là RAM hoạt động được là do một memory controller (hay clock controller), thông tin sẽ được truy cập hay cập nhật mổi khi clock (dòng điện) chuyển từ 0 sang 1, "synchronous" có nghĩa là ngay lúc clock nhảy từ 0 sang 1 chứ không hẳn là clock qua 1 hoàn toàn (khi clock chuyển từ 0 sang 1 hay ngược lại, nó cần 1 khoảng thời gian interval, tuy vô cùng ngắn nhưng cũng mất 1 khoảng thời gian, SDRAM không cần chờ khoảng interval này kết thúc hoàn toàn rồi mới cập nhật thông tin, mà thông tin sẽ được bắt đầu cập nhật ngay trong khoảng interval). Do kỹ thuật chế tạo mang tính bước ngoặc nầy, SDRAM và các thế hệ sau có tốc độ cao hơn hẳn các loại DRAM trước. Đây là loại RAM thông dụng nhất trên thị trường hiện nay, tốc độ 66-100-133Mhz. ) RDRAM (Rambus DRAM): Là một loại DRAM được phát triển bởi hãng RAMBUS. RDRAM sử dụng các module bộ nhớ dạng RIMM, có cấu trúc & hình dánh tương tự như DIMM nhưng các điểm tiếp xúc có sắp xếp khác nhau. RDRAM có thể được xây dựng với hai kênh truyền thông riêng biệt (dual channel), cho phép nâng tốc độ chuyển dữ liệu lên tới 3.2Gbytes/giây. . Bộ nhớ RDRAM trong máy tính phải được sử dụng theo cặp, mỗi cặp cung cấp tổng dung lượng chuyển tải thông lượng tối đa là 3.2Gbytes/giây (peak bandwidth). Do RDRAM hoạt động ở tần số rất cao và toả nhiệt nhiều, mỗi thanh RDRAM được bọc bởi lớp vỏ kim loại nhằm mục đích giúp RDRAM. DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM): là loại bộ nhớ có tốc độ chuyển dự liệu gấp đôi so với SDRAM do khả năng chuyển dữ liệu trên cả hai cạnh lên và xuống (rising and falling edges) của xung nhịp đồng hồ. DDR SDRAM sử dụng các chân nguồn và chân nối đất nhiều hơn nên đòi có số điểm tiếp xúc là 184 chân (184-pin). V. Các kiểu dáng RAM có trên thị trường (SIMM, DIMM, RIMM). Đặc tính của từng loại. SIMM (Single In-line Memory Module): là một bản mạch in nhỏ chứa các chip nhớ được sử dụng như là bộ nhớ trong các dòng máy trước đây. Khe gắn bộ nhớ SIMM trên Mainboard thường được gọi là khe SIMM. Bộ nhớ SIMM thường phải đi theo cặp. RAM dùng cho khe cắm dạng SIMM và có hai loại hoặc là 30 pins hoặc là 72 SIMM (Single In-Line Memory Module): Ðây là loại pins. Người ta hay gọi rõ là 30-pin SIMM hoặc 72-pin SIMM. Loại RAM (có giao tiếp qua khe SIMM) này thường tải thông tin mỗi lần 8bit, sau đó phát triển lên 32bits. Bạn cũng không cần quan tâm lắm đến cách vận hành của nó, nếu ra ngoài thị trường bạn chỉ cần nhận dạng SIMM khi nó có 30 hoặc 72 pins. Có 2 loại: 30pin-72pin . DIMM (Dual In-Line Memory Module): DIMM là loại có số đường dữ liệu (data path) tiếp xúc với mainboard nhiều gấp đôi so với SIMM (đường dữ liệu không chỉ đơn giản tính số chân) vì khả năng tiếp xúc với mainboard bằng hai đường cạnh độc lập. Các loại RAM như : SDRAM, DDRAM và RDRAM của RAMBUS thuộc loại bộ nhớ DIMM.Cũng gần giống như loại SIMM nhưng RAM cắm khe dạng DIMM có số pins là 72 hoặc 168. Một đặc điểm khác để phân biệt RAM DIMM với RAM SIMM là cái chân (pins) của RAM SIMM dính lại với nhau tạo thành một mảng để tiếp xúc với khe cắm trên bo mạch chủ trong khi RAM DIMM có các chân hoàn toàn cách rời độc lập với nhau. Một đặc điểm phụ nữa là RAM DIMM được cài đặt thẳng đứng (ấn miếng RAM thẳng đứng vào khe cắm) trong khi RAM SIMM thì ấn vào nghiêng khoảng 45 độ. Thông thường loại 30 pins tải data 16bit, loại 72 pins tải data 32bit, loại 144 (cho notebook) hay 168 pins tải data 64bit. RIMM:Là tên thương mại của loại module bộ nhớ Direct Rambus. RIMM có hình dáng gần giống như module DIMM của các loại SDRAM thường và có khả năng truyền dữ liệu 16-bits mỗi lần. RIMM Connector : là khe gắn bộ nhớ RIMM (RDRAM) trên Mainboard.VI: CÔNG NGHỆ DDR.DDR (Double Data Rate):có tốc độ truyền tải dữ liệu gấp đôi. Với công nghệ này, tuy cùng một xung đồng hồ (bus) như SDRAM, DDR có khả năng truyền tải (băng thông) gấp đôi. Chẳng hạn, PC100 SDRAM (bus 100 MHz) có băng thông 800 MB/s, thì PC1600 DDR cũng với bus 100 MHz lại có băng thông 1.600 MB/s.Sự Khác Nhau Về Hình Dáng Và Cấu Trúc Của DDR,DDR2,DDR3:DDR là phổ biến nhất được biết đến như DDR1 đồng bằng chỉ. Double Data Rate giao diện cung cấp hai dữ liệu chuyển giao cho mỗi đồng hồ phân. Dữ liệu trở nên đăng ký khi CK đi [cao] phía +, và / CK đi [thấp các -] phụ. DDR1 sử dụng các tiêu chuẩn JEDEC cho Double Date Rate [DDR I] SDRAM. Giống như tất cả RAM DDR nó có sẵn như đã đăng ký hay-buffered un. DIMMs đăng ký thường được gọi là FB-DIMM và có địa chỉ của họ và kiểm soát dòng đệm để giảm tải tín hiệu. FB-DIMM đắt hơn đáng kể un-buffered DIMM và thường được sử dụng dành riêng cho máy chủ. Có rất ít người đam mê / prosumer / game thủ sử dụng FB-DIMM trong CPU của họ. Un-buffered DIMM không tính năng các dòng địa chỉ và đệm dòng điều khiển, do đó họ khá một chút chi phí ít hơn. Tuy nhiên, họ có thể được tải hệ thống hạn chế và vì thế thường bị giới hạn trong số đó có thể được gắn vào một hệ thống. Hình ảnh: DDR 512 DDR2: Bộ nhớ DDR2 là thế hệ thứ hai trong bộ nhớ DDR. DDR2 bắt đầu với một mức tốc độ 400MHz là thấp nhất hiện có trong khi tốc độ 400MHz thực sự là tốc độ cao nhất cho DDR1. Đó là một chút lạ nhưng do có độ trễ khác nhau một 400MHz DDR1 sẽ làm tốt hơn một DDR2 400MHz, nhưng trả về lợi thế cho DDR2 ngay khi tốc độ đạt tới 532MHz bước kế tiếp, mà DDR1 không thể với tới. Hình Ảnh DDR2 800. DDR3:  là thế hệ thứ ba trong bộ nhớ DDR. DDR3 bắt đầu với một mức công suất thấp nhất của 800Mbps và đi lên đến 1600Mbps với tốc độ bus 2000MHz cao hiệu suất cao với mức tiêu thụ điện năng thấp hơn. Là lợi ích lớn, kể từ khi hoạt động điện áp chỉ là 1.5V cho DDR3 so với 1.8V cho DDR2. Hạ nhiệt được tạo ra, có nghĩa là hệ thống sẽ chạy mát hơn. Hình ẢnhDDR3 BUS 1600 VII. Cache là gì? Nguyên lý hoạt động? Có bao nhiêu loại cache? Ứng dụng của cache trong lĩnh vực máy tính hiện nay? Công nghệ cache sử dụng loại RAM nào? Tại sao nhà sản xuất không tăng cache lên thật nhiều mà phải tăng 1 lượng rất nhỏ (256KB, 512KB, 1MB, 2MB, 3MB, 6MB, 12MB, 16MB).Cache là bộ nhớ đệm của CPU,cache nằm trong CPU ngay cạnh lõi xử lý .CPU muốn đọc hay ghi một vị trí trên Ram thì trước hết nó sẽ tìm trong L1 cache xem có sẵn dữ liệu đó không nếu không nó sẽ tìm trong các bộ nhớ cache còn lại .Cache giúp giảm tình trạng thắt nút cổ chai giữa RAM và CPU. Nguyên lý hoạt động: Khối tìm nạp của CPU sẽ tìm kiếm chỉ lệnh kế tiếp để được thực thi trong Cache chỉ lệnh L1. Nếu không có ở đó thì nó sẽ tìm kiếm trên Cache L2. Sau khi đó nếu cũng không có thì nó sẽ phải truy cập vào bộ nhớ RAM để nạp chỉ lệnh. Khi CPU nạp một chỉ lệnh từ một vị trí nhớ nào đó thì mạch đã gọi bộ điều khiển Cache nhớ sẽ nạp vào trong Cache nhớ một khối dữ liệu nhỏ bên dưới vị trí hiện hành mà CPU vừa mới nạp. Do các chương trình thường được thực hiện theo cách tuần tự nên vị trí nhớ tiếp theo mà CPU sẽ yêu cầu có thể là vị trí ngay bên dưới vị trí nhớ mà nó vừa nạp. Cũng do bộ điều khiển Cache nhớ đã nạp một số dữ liệu bên dưới vị trí đầu tiên được đọc bởi CPU rồi nên dữ liệu kế tiếp sẽ có thể nằm ở bên trong Cache nhớ, chính vì vậy CPU không cần phải truy cập vào RAM để lấy dữ liệu trong đó: nó đã được nạp vào bên trong Cache nhớ nhúng trong CPU, điều này làm cho nó có thể truy cập với tốc độ clock bên trong. Lượng dữ liệu này được gọi là dòng và nó thường có chiều dài 64 byte. Bên cạnh việc nạp một số lượng nhỏ dữ liệu này, bộ điều khiển nhớ cũng luôn tìm cách đoán xem những gì CPU sẽ yêu cầu tiếp theo. Một mạch có tên gọi là mạch tìm nạp trước, sẽ nạp nhiều dữ liệu được đặt sau 64 byte đầu tiên hơn từ RAM vào Cache nhớ. Nếu chương trình tiếp tục nạp chỉ lệnh và dữ liệu từ các vị trí nhớ theo cách tuần tự như vậy thì các chỉ lệnh và dữ liệu mà CPU sẽ hỏi tiếp theo đã được nạp vào trong Cache nhớ từ trước rồi. Có 3 loại Cache ( L1, L2, L3): Bộ nhớ cache chính L1 Cache vẫn chỉ ở mức từ 8 tới 32 KB. Trong khi, L2 Cache thì được đẩy lên dần tới hiện nay cao nhất là Pentium M Dothan 2 MB (cho máy tính xách tay) và Pentium 4 Prescott 1 MB (máy để bàn). Riêng dòng CPU dành cho dân chơi game và dân multimedia “prồ” là Pentium 4 Extreme Edition còn được bổ sung L3 Cache với dung lượng 2 MB. Đây cũng là CPU để bàn có tổng bộ nhớ cache lớn nhất (L1: 8 KB, L2: 512 KB, L3: 2 MB).Ứng dung: Cache trên thực tế được áp dụng công nghệ Share Cache của hai nhân đem lại sức mạnh xử lý đa luồng cho Chip CPU.Cache hỗ trợ cho việc truy xuất Công nghệ cache sử dung loại ram: VIII. CÔNG NGHỆ NANO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Công nghệ Nano: Công nghệ Nano Thermal Dissipation sử dụng những phân tử Silicon tản nhiệt với kích thước Nano giúp giải phóng nhiệt nhanh hơn. Thiết kế này giải quyết các vấn đề nhiệt độ do phân tử Silicon này có bề mặt tản nhiệt cao hơn, giúp tản nhiệt nhanh hơn so với các thiết bị khác.Nguyên lý hoạt động: Một trong những tính chất quan trọng của cấu trúc nano là sự phụ thuộc vào kích thuớc. Vật chất khi ở dạng vi thể (nano-size) có thể có những tính chất mà vật chất khi ở dang  nguyên thể (bulk) không thể thấy đuợc. Khi kích thuớc của vật chất trở nên nhỏ tới kích thuớc nanômét, các điện tử không còn di chuyển trong chất dẫn điện như một dòng sông, mà đặc tính cơ lượng tử của các điện tử biểu hiện ra ở dạng sóng. Kích thuớc nhỏ dẫn đến những hiện tượng lượng tử mới và tạo cho vật chất có thêm những đặc tính kỳ thú mới. Một vài hệ quả của hiệu ứng lượng tử bao gồm, chẳng hạn như: Hiệu ứng dường hầm: điện tử có thể tức thời chuyển động xuyên qua một lớp cách điện.  IX.Flash Memory Flash memory thật ra cũng là ... memory thôi (chứa được thông tin, đọc và xoá được) một điển hình cuả memory là RAM. Do đó flash memory đôi khi còn gọi là flash RAM. Flash RAM khác loại RAM bình thường ở chổ là khi ghi hay đọc thông tin nó sẽ ghi và đọc từng mảng chứ không phải từng byte như trong RAM.  Chính vì lý do nầy mà flash RAM sẽ chạy lẹ hơn RAM bình thường trong một số trường hợp.  Thường thì flash RAM dùng để vận hành BIOS còn các chức năng khác thì bị giới hạn.  Ðặc tính bất lợi nhất của flash RAM là nó chỉ có điạ chỉ cho từng mảng (block) mà thôi, cho nên trong programming sử lý data đôi khi nó không thể thay thế RAM hoàn toàn được.  Intel đã cho ra đời một loại flash RAM có block là 2 bytes, như vậy sẽ tăng khả năng chứa lên gấp đôi, nói một cách khác đi là sẽ chạy gần như gấp đôi RAM bình thường