Đang tải... (xem toàn văn)
kì 3 - năm 2022 Bài tập lớn môn Kiến trúc máy tính và hệ điều hành, chủ đề Nghiên cứu về bộ nhớ ram trong máy tính của nhóm sinh viên công nghệ thông tin trường đại học công nghiệp hà nội.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THƠNG TIN ************ Bài tập lớn Mơn: Kiến trúc máy tính hệ điều hành ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VỀ BỘ NHỚ RAM TRONG MÁY TÍNH Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Thanh Hải Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Hùng Nguyễn Tuấn Anh Nguyễn Văn Dũng Trần Đình Đức Nguyễn Hữu Phúc Tên lớp: 2021CNTT03 Hà Nội, tháng 12 năm 2022 MỤC LỤC Chương I: Tổng quan RAM máy tính 3 Khái niệm RAM máy tính Đặc trưng RAM máy tính Cấu tạo RAM máy tính Tính RAM máy tính Các thông số bus RAM băng tần ……………………………… Chương II: Các loại RAM máy tính SRAM DRAM Các loại DRAM 12 Chương III: Những ứng dụng khác RAM máy tính …………………… 19 Vùng nhớ ảo 19 Bộ nhớ 19 Lỗi trang khắc phục 20 Chương IV: Một số lỗi RAM khắc phục 20 Kết luận 22 Tài liệu tham khảo 23 Đặt vấn đề Trong bối cảnh xã hội ngày phát triển, máy tính đáng đóng vai trò ngày quan trọng mặt sống Với gia tăng mức độ khối lượng công việc cần giải khoảng thời gian đòi hỏi đáp ứng kịp thời tốc độ phát triển máy tính phần cứng phần mềm Cấu tạo phần cứng máy tính gồm có RAM, CPU, chip xử lý … RAM đóng vai trị quan trọng nói đến khả lưu trữ thơng tin máy tính Là phần thiếu máy tính, RAM máy tính lịch sử phát triển cải tiến lâu dài Cùng với việc đưa khái niệm, đặc trưng RAM máy tính với loại RAM bật chủ yếu, việc khắc phục số vấn đề phổ biến phát sinh với RAM máy tính đề cập đến tài liệu Chương I: Tổng quan RAM máy tính Khái niệm RAM máy tính RAM (Random Access Memory – Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) nhớ tạm máy giúp lưu trữ thông tin hành để CPU truy xuất xử lý RAM loại nhớ máy tính Đặc tính truy xuất ngẫu nhiên RAM thể chỗ thời gian thực thao tác đọc/ ghi với ô nhớ liệu vị trí nhớ Mỗi nhớ RAM có địa Thông thường, ô nhớ byte (8 bit); nhiên hệ thống lại đọc hay ghi vào nhiều byte (2, 4, byte) Hình ảnh RAM máy tính Cấu trúc bên RAM 64x4 Đặc trưng RAM máy tính Bộ nhớ RAM có đặc trưng sau: +Dung lượng nhớ: Tổng số byte nhớ ( tính theo byte ) tổng s ố bit nhớ tính theo bit +Tổ chức nhớ: Số ô nhớ số bit cho ô nhớ +Thời gian thâm nhập: Thời gian từ lúc đưa địa ô nhớ đến lúc đọc nội dung nhớ +Chu kỳ nhớ: Thời gian hai lần liên tiếp thâm nhập nhớ Cấu tạo RAM máy tính Chip xử lý : xử lý liệu vào/ra SIMM-RAM: Module nhớ DIMM-RAM: Module nhớ PINS: chân giao tiếp Tính RAM máy tính Máy vi tính sử dụng RAM để lưu trữ mã chương trình liệu suốt trình thực thi Đặc trưng tiêu biểu RAM truy cập vào vị trí khác nhớ hoàn tất khoảng thời gian tương tự, n gược lại với số kỹ thuật khác, đòi hỏi phải có khoảng thời gian trì hỗn n hất định RAM có tốc độ nhanh ổ đĩa cứng Ổ cứng tốt đạt tốc độ truyền tải 1000 MB/s module RAM vượt qua tốc độ 15000 MB/s Trong q trình chạy RAM giúp lưu thơng tin hành để hệ thống máy truy cập sử dụng Do nâng cấp RAM định phần tốc độ máy vi tính Hệ thống máy chạy chậm khơng có RAM phải lưu xóa thơng tin liên tục, ảnh hưởng tới tốc độ trải nghiệm người sử dụng thiết bị Các thông số Bus RAM băng tần Có hai loại BUS là: BUS Speed BUS Width - BUS Speed BUS RAM, tốc độ liệu xử lý giây - BUS Width chiều rộng nhớ Các loại RAM DDR, DDR2, DDR3, DDR4 có BUS Width cố định 64 Cơng thức tính băng thơng (bandwidth) từ BUS Speed BUS Width: Bandwidth = (Bus Speed x Bus Width) / - Bandwidth tốc độ tối đa RAM đọc giây Bandwidth ghi RAM số tối đa theo lý thuyết Trên thực tế, bandwidth thường thấp vượt số theo lý thuyết Các loại RAM, BUS RAM Bandwidth tương ứng SDR SDRAM phân loại theo bus speed sau: PC-66: 66 MHz bus PC-100: 100 MHz bus PC-133: 133 MHz bus DDR SDRAM phân loại theo bus speed bandwidth sau: DDR-200: Còn gọi PC-1600 100 MHz bus với 1600 MB/s bandwidth DDR-266: Còn gọi PC-2100 133 MHz bus với 2100 MB/s bandwidth DDR-333: Còn gọi PC-2700 166 MHz bus với 2667 MB/s bandwidth DDR-400: Còn gọi PC-3200 200 MHz bus với 3200 MB/s bandwidth DDR2 SDRAM phân loại theo bus speed bandwidth sau: DDR2-400: Còn gọi PC2-3200 100 MHz clock, 200 MHz bus với 3200 MB/s bandwidth DDR2-533: Còn gọi PC2-4200 133 MHz clock, 266 MHz bus với 4267 MB/s bandwidth DDR2-667: Còn gọi PC2-5300 166 MHz clock, 333 MHz bus với 5333 MB/s bandwidth DDR2-800: Còn gọi PC2-6400 200 MHz clock, 400 MHz bus với 6400 MB/s bandwidth DDR3 SDRAM phân loại theo bus speed bandwidth sau: DDR3-1066: Còn gọi PC3-8500 533 MHz clock, 1066 MHz bus với 8528 MB/s bandwidth DDR3-1333: Còn gọi PC3-10600 667 MHz clock, 1333 MHz bus với 10664 MB/s bandwidth DDR3-1600: Còn gọi PC3-12800 800 MHz clock, 1600 MHz bus với 12800 MB/s bandwidth DDR3-2133: Còn gọi PC3-17000 1066 MHz clock, 2133 MHz bus với 17064 MB/s bandwidth DDR4 SDRAM phân loại theo bus speed bandwidth sau: DDR4-2133: Tên module PC4-17000 1067 MHz clock, 2133 MHz bus với 17064 MB/s bandwidth DDR4-2400: Tên module PC4-19200 1200 MHz clock, 2400 MHz bus với 19200 MB/s bandwidth DDR4-2666: Tên module PC4-21300 1333 MHz clock, 2666 MHz bus với 21328 MB/s bandwidth DDR4-3200: Tên module PC4-25600 1600 MHz clock, 3200 MHz bus với 25600 MB/s bandwidth Chương 2: Các loại RAM máy tính 2.1 SRAM RAM tĩnh (cịn gọi SRAM – nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh) RAM tĩnh chế tạo theo công nghệ ECL (dùng CMOS BiCMOS) chứa bóng bán dẫn biến tần, có đặc tính liệu tắt nguồn máy tính Với SRAM, sáu bóng bán dẫn cấu thành flip-flop để lưu trữ bit liệu Tuy nhiên, ngồi loại RAM tĩnh điển hình có trường hợp SRAM điển hình có chế dùng tám mười bóng bán dẫn cho bit liệu Trường hợp số lượng bóng bán dẫn giảm kích thước nhớ RAM tĩnh giảm Một RAM tĩnh vận hành trạng thái khác biệt ghi, nhớ đọc Ô nhớ chuyển từ trạng thái đọc sang ghi liệu ô hệ thống tiến hành sửa đổi 2.2 DRAM RAM động (hay gọi DRAM – nhớ truy cập ngẫu nhiên động) mặt vật lý sử dụng tụ điện riêng biệt để lưu trữ bit liệu Khi khơng tích điện, tụ điện biểu thị giá trị bit chuyển sang giá trị tích điện Để trì giá trị lưu trữ, RAM động cần nạp điện sau vài mili giây nhằm bù đắp rò rỉ từ tụ điện (tụ điện lưu trữ bit liệu bảng mạch) Nếu không nạp điện thường xuyên, bit liệu DRAM hao hụt dần nên thuộc loại thiết bị nhớ tạm thời Ưu điểm DRAM có cấu trúc đơn giản: cần transistor tụ điện cho bit cần sáu transistor SRAM Điều cho phép DRAM lưu trữ với mật độ cao Thông thường, DRAM sản xuất dạng mạch tích hợp với chân kim loại để gắn với bus Các nhà sản xuất tung nhiều dòng DRAM chế tác theo dạng module plug-in để dễ xử lý Hầu loại RAM truyền thống dùng máy tính DRAM Tuy nhiên, hệ sử dụng DDR (Dual Date Rate – tốc độ liệu kép) nhằm gia tăng hiệu suất 2.2.1 Nguyên lý hoạt động DRAM: transistor tụ điện ô nhớ RAM động DRAM thường xếp mảng hình chữ nhật phần dự trữ bao gồm tụ điện transistor cho bit liệu RAM động dùng kỹ thuật MOS Mỗi bit nhớ gồm transistor tụ điện Việc ghi nhớ liệu dựa việc trì điện tích nạp vào tụ điện việc đọc bit nhớ làm nội dung bit bị hủy Do sau lần đọc ô nhớ, phận điều khiển nhớ phải viết lại nội dung nhớ Chu kỳ nhớ theo mà gấp đôi thời gian thâm nhập ô nhớ 2.2.2 Khác biệt DRAM SRAM Về chế vận hành: RAM động có cấu trúc nhẹ nhàng RAM tĩnh DRAM đòi hỏi tụ điện kèm bóng bán dẫn cho nhớ Khả tiêu thụ điện: RAM tĩnh tiêu thụ nhiều điện chế vận hành sử dụng nhiều gấp lần số bóng đèn RAM động RAM tĩnh cần bóng bán dẫn để vận hành 10 Tốc độ vận hành: RAM tĩnh chiếm ưu so với RAM động ưu tiên sử dụng CPU RAM tĩnh thường dùng nhớ Cache nhớ bên hệ thống máy chủ ưu điểm tốc độ 2.2.3 Dạng DRAM Hầu hết hình dạng DRAM hộp nhựa chữ nhật màu đen epoxy DRAM sản xuất dạng mạch điện tích hợp gắn với vành bên ngồi nhựa có chân kim loại để kết nối kiểm sốt loại tín hiệu Khi sử dụng, DRAM dạng mạch tích hợp thường cài đặt thẳng vào mạch chủ hay mạch mở rộng ISA sau thiết kết thành chip đa cơng dụng (DIMMs, SIMMs, ) 2.2.4 Độ lớn nhớ DRAM Bộ nhớ DRAM dạng lũy thừa hai Chẳng hạn SDRAM DIMM chứa 512 MiB (mebibytes) =512 × 220 bytes = 229 bytes = 536,870,912 bytes Hay GB SDRAM module chứa GiB (gibibytes) = × 230 bytes = 231 bytes = 2,147,483,648 bytes 2.2.5 Bảo mật DRAM Mặc dù RAM động thường sử dụng cung cấp nặng lượng hay thay đổi sau khoảng thời gian ngắn (thường 64ms) tụ điện RAM động thường có xu hướng nhớ liệu khoảng thời gian lâu với nhiệt độ thấp Dưới số điều kiện phần lớn liệu DRAM khơi phục cho dù khơng làm vài phút Chức đánh lừa hệ thống bảo mật khôi phục liệu chứa nhớ mặc liệu bị xóa (như vấn đề cúp điện khởi động lại máy làm nguội chip đồng thời chuyển đến máy tính khác) 11 Các loại DRAM 2.3.1 SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) Được gọi Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động đồng SDRAM gồm loại: DDR, DDR2 va DDR3 Đặc điểm loại dựa thiết kế SDRAM, Truyền hai khối liệu xung nhịp DDRAM có q trình phát triển liên tục từ DDR1 có bus thấp 266Mhz DDR3 có bus 1066Mhz 1333Mhz Còn SDRAM dùng để chế tạo đệm nhạy tốc độ cho CPU số loại máy khác 2.3.2 DDR SDRAM 12 DDR-200: Còn gọi PC-1600 100 MHz bus với 1600 MB/s bandwidth DDR-266: Còn gọi PC-2100 133 MHz bus với 2100 MB/s bandwidth DDR-333: Còn gọi PC-2700 166 MHz bus với 2667 MB/s bandwidth DDR-400: Còn gọi PC-3200 200 MHz bus với 3200 MB/s bandwidth Thường giới chuyên môn gọi tắt "DDR" Có 184 chân DDR SDRAM cải tiến nhớ SDR với tốc độ truyền tải gấp đôi SDR nhờ vào việc truyền tải hai lần chu kỳ nhớ Đã thay DDR2 2.3.3 DDR2 SDRAM (Double Data Rate SDRAM) DDR2-400: Còn gọi PC2-3200 100 MHz clock, 200 MHz bus với 3200 MB/s bandwidth DDR2-533: Còn gọi PC2-4200 133 MHz clock, 266 MHz bus với 4267 MB/s bandwidth 13 DDR2-667: Còn gọi PC2-5300 166 MHz clock, 333 MHz bus với 5333 MB/s bandwidth DDR2-800: Còn gọi PC2-6400 200 MHz clock, 400 MHz bus với 6400 MB/s bandwidth Thường giới chuyên môn gọi tắt "DDR2" Là hệ thứ hai DDR với 240 chân, lợi lớn so với DDR có bus speed cao gấp đơi clock speed 2.3.4 DDR3 SDRAM (Double Data Rate SDRAM) - Có tốc độ bus 800/1066/1333/1600 Mhz, - Số bit liệu 64, - Điện 1.5v, - Tổng số pin 240 Thường giới chuyên môn gọi tắt "DDR3" Là hệ thứ ba DDR với 240 chân, lợi lớn so với DDR có bus speed cao gấp ba clock speed 14 Bảng so sánh tốc độ loại DDR Bảng so sánh điện áp loại DDR Bộ nhớ DDR3 tiêu thụ điện DDR2, DDR2 tiêu thụ DDR Bộ nhớ DDR sử dụng điện 2.5V, DDR2 dùng điện 1.8V DDR3 1.5V (mặc dù module cần đến 1.6V 1.65V phổ biến chip yêu cầu 1.35 V tương lai hiếm) 15 Một số module nhớ yêu cầu điện áp cao bảng, nhớ hỗ trợ hoạt động tốc độ xung nhịp cao tốc độ thức Độ trễ Thời gian trễ khoảng thời gian mà mạch điều khiển nhớ phải đợi từ lúc yêu cầu lấy liệu lúc liệu thực gửi tới đầu Hình thức bên ngồi 16 Khác biệt điểm tiếp xúc DDR DDR2 Khác biệt điểm tiếp xúc DDR2 DDR 2.3.4 SDR SDRAM 17 PC-66:66MHzbus PC-100:100MHzbus PC-133: 133 MHz bus Thường giới chuyên môn gọi tắt "SDR" Có 168 chân Được dùng máy vi tính cũ, bus speed chạy vận tốc với clock speed memory chip, lỗi thời 2.3.5 RDRAM (Viết tắt từ Rambus Dynamic RAM) -Có giao diện RIMM 184 chân với khe cắt - Do tốc độ cao, tỏa nhiệt dữ, RDRAM phải cặp kè với miếng nhôm tản nhiệt Với cấu hình “kênh đơi” (dual-channel), RDRAM bắt buộc phải chạy cặp không bỏ trống hai socket lại (nên phải dùng hai RDRAM giả, gọi CRIMM - Continuity RIMM) - Hiện phổ biến RDRAM PC800 18 Bảng so sánh RAM tĩnh Ram động RAM động sử dụng rộng rãi giá thành rẻ có nhiều tính gần RAM động Chương III: Những ứng dụng khác RAM máy tính 3.1 Vùng nhớ ảo Hầu hết hệ điều hành đại sử dụng phương pháp mở rộng sức chứa RAM gọi vùng nhớ ảo Một phần nhớ máy tính sử dụng cho bảng trang tổng dung lượng nhớ bảng trang RAM dung lượng nhớ máy tính Khi hệ điều hành hoạt động với nhớ chính, hệ điều hành sử dụng phương pháp “swapping” phần RAM chuyển thành trang file liệu đọc chuyển lại vào RAM Việc sử dụng vùng nhớ ảo liên tục dẫn đến tượng thrashing, làm giảm hiệu tốc độ hệ thống, điều thiết bị nhớ khác chậm nhiều so với RAM 3.2 Bộ nhớ Các phần mềm chia phần RAM máy tính, cho phép hoạt động nhớ nhanh gọi đĩa RAM Khi đĩa RAM liệu nạp vào máy tính nhớ khơng cịn cung cấp điện chưa lưu trữ sang ổ lưu trữ cố định khác Khi đĩa RAM nạp lại thông tin từ ổ lưu trữ đĩa RAM khởi động Các nhớ 19 không gian lưu trữ tạm thời cho kĩ thuật swapping gọi không gian swapping 3.3 Lỗi trang khắc phục Việc hệ thống truy xuất trang trang chưa nạp vào nhớ sinh lỗi trang Khi xảy lỗi trang, hệ thống cần nạp trang thiếu vào nhớ, khơng cịn trang trống nhớ hệ thống cần chọn trang tồn nhớ đưa khơng gian swapping đĩa từ để giải phóng trang vật lý, dành chỗ cho trang truy xuất Chương IV: Một số lỗi RAM cách khắc phục Biểu lỗi RAM - Nếu nhìn bên ngồi lỗi RAM lỗi VGA có số điểm tương đồng sau: Cả lỗi máy có đèn báo nguồn khơng lên hình, kiểm tra nguồn đa chúng ăn dòng tương đương - Ngồi lí tuổi tác, nhiều RAM lỗi cách sử dụng người dùng Rất nhiều trường hợp người sử dụng máy vi tính mua lắp RAM khơng phù hợp với mainboard khơng hiểu máy tính khơng thể khởi động (Ví dụ mainboard hỗ trợ RAM DDR2 lại cắm RAM DRR3) Phương pháp kiểm tra + Ram hoạt động sau có tín hiệu Reset thông chúng bắt đầu sử dụng để ghi, đọc liệu sau đươc kiểm tra chương trình BIOS + Chỉ nên kiểm tra RAM CPU hoạt động nạp BIOS, làm để biết CPU chạy nạp BIOS điều cập nhật phần CPU BIOS RAM tải Người sử dụng "bắt" RAM làm việc sức việc chạy nhiều ứng dụng lúc lạm dụng phần mềm cheat, hack speed… 20 Khắc phục: Kiểm tra lại RAM gặp trường hợp máy bị treo dù chạy chương trình nhẹ nhàng máy phát tiếng “bíp” ngắn liên tục lúc khởi động Lỏng chết RAM Dấu hiệu: Khởi động lên máy liên tục kêu …tit tit quãng dài Tiếng kêu báo hiệu hệ thống khơng tìm thấy Ram đâu Khắc phục: Tháo Ram cắm lại cho chắn Nếu bị tháo Ram làm khe cắm Ram, riêng với Ram dùng xăng cục gơm làm phần tiếp xúc Ram vào khe cắm vào mainboard Nếu làm hai trường hợp mà không Ram bị chết, cách tốt đem bảo hành mua Ram Xung đột RAM Bus RAM hay gọi tốc độ RAM, thể tốc độ truyền tải liệu RAM Nếu Bus RAM lớn tốc độ xử lý liệu máy nhanh Bus RAM lớn tính hoạt động nhanh hiệu Máy tính sử dụng RAM có tốc độ Bus khác gây tình trạng xung đột RAM Một số ví dụ trường hợp dẫn tới xung đột RAM: Cắm hai RAM loại DDR3 chúng lại có Bus 1333MHz 1600MHz cắm vào máy 1333MHz Cắm RAM 4GB, sau đó, cắm RAM 8GB xuất lỗi Cắm RAM DDR3 DDR4 khơng RAM Bus dung lượng khe cắm RAM bị hư, bị lỏng, bị bụi bám vào làm cho máy tính nhận RAM Như để khắc phục, cần đảm bảo RAM lắp vào có loại, có tốc độ bus tương thích, dung lượng nhớ, khe vệ sinh trước lắp 21 RAM không nhận bo mạch chủ Các linh kiện điện tử nói chung RAM nói riêng thường thiết kế theo tiêu chuẩn hóa riêng biệt RAM dùng cho PC RAM cho laptop khác nhau, khác hệ năm sản xuất RAM thiết bị khiến RAM không cắm khe máy Một số trường hợp bo mạch chủ khơng tương thích với RAM có khả hỗ trợ dung lượng RAM định Vì dụ, bo mạch chủ hỗ trợ tối đa 16 GB chia khe RAM, mà khe lại cắm RAM dung lượng 8GB đến RAM sau không bo mạch chủ tiếp nhận Để chắn tìm mua RAM phù hợp với máy, người dùng cần tham khảo kỹ thông số chúng đối chiếu với máy tính laptop Các hệ điều hành 32 bit tương thích với ram 2GB, cịn hệ điều hạnh 64 bit tương thích với 4GB Việc chọn khơng tương thích với hệ điều hành dẫn đến trường hợp thừa thiếu Kết luận • RAM máy tính loại nhớ máy tính, hiểu đơn giản RAM có khả đọc, chứa ghi thông tin Thông tin lưu trữ tạm thời khơng cịn nguồn điện cung cấp • RAM đặc biệt quan trọng với máy tính, laptop thiết bị di động smartphone, iphone, ipad,… • RAM máy tính có nhiều loại khác nhau, loại sử dụng thích hợp với mục đích khác Trong hai loại phổ biến DRAM (RAM động) SRAM (RAM tĩnh) Bên cạnh có nhiều lỗi thường gặp xảy với RAM sử dụng máy tính cần biện pháp khắc phục tương ứng 22 Tài liệu tham khảo https://vi.wikipedia.org/wiki/RAM https://vi.wikipedia.org/wiki/RAM_%C4%91%E1%BB%99ng https://en.wikipedia.org/wiki/Random-access_memory http://www.vtec.edu.vn/index.php?option=com_content&view=article&id=473:ng uy-n-ly-ho-t-d-ng-c-a-ram-may-tinh&catid=79&Itemid=435 23 ... Chương I: Tổng quan RAM máy tính 3 Khái niệm RAM máy tính Đặc trưng RAM máy tính Cấu tạo RAM máy tính Tính RAM máy tính Các thông số bus RAM băng tần ………………………………... Các loại RAM máy tính SRAM DRAM Các loại DRAM 12 Chương III: Những ứng dụng khác RAM máy tính …………………… 19 Vùng nhớ ảo 19 Bộ nhớ ... đặc trưng RAM máy tính với loại RAM bật chủ yếu, việc khắc phục số vấn đề phổ biến phát sinh với RAM máy tính đề cập đến tài liệu Chương I: Tổng quan RAM máy tính Khái niệm RAM máy tính RAM (Random