Đang tải... (xem toàn văn)
Hãy phân tích nguyên lý hoạt động của bộ nhớ RAM chuẩn SDRAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH BÀI TẬP LỚN Đề tài: Hãy phân tích nguyên lý hoạt động của bộ nhớ RAM chuẩn SDRAM Lớp KHMT1-K6 Nhóm 9: Hoàng Đức Nhất Lê Thị Ngọc Trịnh Mai Phương Phạm Anh Quân Nguyễn Văn Phú Mục lục Chương 1. Tổng quan về SDRAM 1 1.1. Tổng quan về RAM 1 1.1.1. Khái niệm cơ bản về RAM 1 1.1.1.1. Định nghĩa 1 1.1.1.2. Lịch sử phát triển của RAM 2 1.1.1.3. Nhiệm vụ 4 1.1.1.4. Các thông số của RAM 4 1.1.1.4.1. Dung lượng 4 1.1.1.4.2. Bus 5 1.1.1.5. Đặc trưng 6 1.1.2. Phân loại RAM 6 1.1.2.1. RAM tĩnh 7 1.1.2.2. RAM động 7 1.1.3. Hoạt động của RAM 9 1.1.3.1. Tốc độ của bộ nhớ RAM .9 1.1.3.2. Độ trễ 9 1.1.3.3. Tần số làm tươi 10 1.1.3.4. SDRAM access time 10 1.2. Tổng quan về SDRAM 11 1.2.1. Khái niệm cơ bản về SDRAM 11 1.2.1.1. Định nghĩa 11 1.2.1.2. Lịch sử phát triển của SDRAM 11 1.2.2. Phân loại SDRAM 12 1.2.2.1. SDR SDRAM 12 1.2.2.2. DDR SDRAM 13 1.2.2.3. DDR2 SDRAM 13 1.2.2.4. DDR3 SDRAM 14 Chương 2. Nguyên lý hoạt động của SDRAM 14 2.1. DRAM ………………………………………………………………………… 14 2.1.1. Sơ lược về lịch sử của DRAM ………………………………………14 2.1.2. Cấu tạo 15 2.1.3. Nguyên lý làm việc của DRAM 16 2.1.3.1. Nguyên lý hoạt động của DRAM 16 2.1.3.2. Chu kỳ đọc dữ liệu 17 2.1.3.3. Chu kỳ ghi dữ liệu 18 2.2. Chế độ làm việc của SDRAM 18 2.2.1. Chế độ trang 18 2.2.2. Chế độ cột tĩnh 19 2.2.3. Chế độ Nibble 19 2.2.4. Chế độ nối tiếp 19 2.2.5. Chế độ đan xen 20 2.3. Các loại SDRAM 21 2.3.1. SDR SDRAM 21 2.3.1.1. Khái quát 21 2.3.1.2. SDRAM tín hiệu điều khiển. 22 2.3.1.3. SDRAM hoạt động 25 2.3.1.4. Lệnh tương tác 26 2.3.2. DDR-SDRAM 27 2.3.2.1. Khái quát 27 2.3.2.2. Tốc độ 28 2.3.2.3. Điện áp 29 2.3.2.4. Thời gian trễ 30 2.3.2.5. Điểm đầu cuối trở kháng 32 2.3.2.6. Khía cạnh hình thức bên ngoài 33 Danh mục bảng Bảng 2.1. Các lệnh dùng trong SDRAM 24 Bảng 2.2.Tốc độ của những bộ nhớ DDR,DDR2,DDR3 29 Bảng 2.3. Bảng tổng hợp giá trị CL phổ biến nhất 30 Bảng 2.4. Tốc độ xung nhịp của DDR…… 31 Bảng 2.5. Chân nối của Module 33 Danh mục hình Hình 1.1. Một số loại RAM (từ trên xuống dưới) : DIP, SIPP, SIMM 30 chân, SIMM 72 chân, DIMM (168 chân), DDR DIMM (184-chân). 2 Hình 1.2. Megabit con chip - một trong những mô hình phát triển bởi VEB Carl Zeiss Jena vào năm 1989 2 Hình 1.3. Sơ đồ phân loại RAM 6 Hình 1.4. 6 transistor trong một ô nhớ của RAM tĩnh 7 Hình 1.5. 1 transistor và 1 tụ điện trong một ô nhớ của RAM động 7 Hình 1.6. Card RAM 4MB của máy tính VAX 8600 sản xuất năm 1986. Các chip RAM nằm vào những vùng chữ nhật ở bên trái và bên phải 9 Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo DRAM 15 Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của DRAM 16 Hình 2.3. Chu kỳ đọc dữ liệu của DRAM 17 Hình 2.4. 64 MB bộ nhớ âm thanh của Sound Blaster X-Fi Fatal1ty Pro sử dụng hai Micron 48LC32M8A2-75 C SDRAM chip làm việc tại 133 MHz (7, 5 ns) 8-bit 22 Hình 2.5. DDR (DDR cũng sử dụng giao diện DIMM như SDRAM, nhưng có tới 184 chân và chỉ có 1 khe cắt. Nó cũng dùng một kênh đơn như SDRAM nên có thể chạy độc lập, từng thanh một) 27 Chương I. Tổng quan về SDRAM 1.1. Tổng quan về RAM 1.1.1. Khái niệm cơ bản về RAM 1.1.1.1. Định nghĩa RAM RAM (Random Access Memory) là một loại bộ nhớ chính của máy tính. RAM được gọi là bộ nhớ truy câp ngẫu nhiên vì nó có đặc tính : thời gian thực hiện thao tác đọc hoặc ghi đối với mỗi ô nhớ là như nhau, cho dù đang ở bất kỳ vị trí nào trong bộ nhớ là một byte (8 bit) ; tuy nhiên hệ thống lại có thể đọc ghi vào nhiều byte (2, 4, 8 byte). RAM khác biệt với các thiết bị bộ nhớ tuần tự (sequential memory device) chẳng hạn như các băng từ, đĩa; mà các loại thiết bị này bắt buộc máy tính phải di chuyển cơ học một cách tuần tự để truy cập dữ liệu. Có thể lấy ví dụ có 100 ngôi nhà được đánh địa chỉ từ 1 đến 100m lần lượt theo chiều dọc. Với cách truy cập tuần tự muốn đi tới nhà thứ 99, cần phải đi qua từng nhà từ nhà 1, 2, 3……. cho đến nhà thứ 99. Nhưng với phương thức truy cập ngẫu nhiên, có thể đi ngay đến ngôi nhà thứ 99 mà không cần phải đi qua các ngôi nhà trước đó. Bởi vì các chip RAM có thể đọc ghi dữ liệu nên thuật ngữ RAM cũng được hiểu như là một bộ nhớ đọc ghi, trái ngược với bộ nhớ chỉ đọc ROM (read-only memory). RAM thông thường được sử dụng cho bộ nhớ chính (main memory) trong máy tính để lưu trữ các thông tin thay đổi, và các thông tin được sử dụng hiện hành. Cũng có những thiết bị sử dụng một vài loại RAM như là một thiết bị lưu trữ thứ cấp (secondary storage). Thông tin lưu trên RAM chỉ tạm thời, chúng sẽ mất đi khi mất nguồn điện cung cấp. Bài tập lớn môn kiến trúc máy tính- Nhóm 9 7 Hình 1.1. Một số loại RAM (từ trên xuống dưới) : DIP, SIPP, SIMM 30 chân, SIMM 72 chân, DIMM (168 chân), DDR DIMM (184-chân). 1.1.1.2. Lịch sử phát triển RAM. Hình 1.2. 1 Megabit con chip - một trong những mô hình phát triển bởi VEB Carl Zeiss Jena vào năm 1989 Bài tập lớn môn kiến trúc máy tính- Nhóm 9 8 Máy tính đầu sử dụng chuyển tiếp, hoặc đường chậm trễ cho các chức năng bộ nhớ "chính". Đường chậm trễ siêu âm chỉ có thể sao chép dữ liệu theo thứ tự nó đã được viết. bộ nhớ trống có thể được mở rộng với chi phí thấp nhưng thu hồi các mặt hàng bộ nhớ không liên tục yêu cầu kiến thức về cách bố trí vật lý của trống để tối ưu hóa tốc độ. Latches xây dựng của triodes ống chân không, và sau đó, trong bóng bán dẫn rời rạc, được sử dụng cho những kỷ niệm nhỏ hơn và nhanh hơn chẳng hạn như ngân hàng đăng ký truy cập ngẫu nhiên và đăng ký. Đăng ký như vậy là tương đối lớn, thèm khát quyền lực và quá tốn kém để sử dụng cho một lượng lớn dữ liệu, thường chỉ vài trăm hoặc vài ngàn bit của bộ nhớ như vậy có thể được cung cấp. Đầu tiên thực hiện hình thức của bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên là các ống Williams bắt đầu vào năm 1947. Nó lưu trữ dữ liệu như điện-điện tích điểm trên khuôn mặt của một ống tia âm cực. Kể từ khi chùm tia điện tử của màn hình CRT có thể đọc và ghi điểm trên ống theo thứ tự bất kỳ, bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên. Năng lực của ống Williams là một vài trăm đến khoảng một ngàn bit, nhưng nó nhỏ hơn nhiều, nhanh hơn, và nhiều hơn nữa năng lượng hiệu quả hơn bằng cách sử dụng ống chân không cá nhân chốt. Bộ nhớ từ cốt lõi được phát minh vào năm 1947 và đã phát triển lên cho đến giữa năm 1970 đã trở thành một hình thức phổ biến của bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên. Nó dựa trên một loạt các vòng từ hoá bằng cách thay đổi ý nghĩa của từ hóa, dữ liệu có thể được lưu trữ, với mỗi bit đại diện thể chất bởi một vòng. Vì mỗi vòng có một sự kết hợp của dây địa chỉ để lựa chọn và đọc hoặc viết nó, truy cập vào bất kỳ vị trí bộ nhớ theo thứ tự bất kỳ là có thể. Bộ nhớ từ cốt lõi là hình thức tiêu chuẩn của hệ thống bộ nhớ cho đến khi nhà cửa của bộ nhớ trạng thái rắn trong các mạch tích hợp, bắt đầu từ đầu những năm 1970. Robert H. Dennard. phát minh ra bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động vào năm 1968, điều này thay thế cho phép một chốt 4 hoặc 6 bóng bán dẫn mạch bởi một bóng bán dẫn duy nhất cho mỗi bit bộ Bài tập lớn môn kiến trúc máy tính- Nhóm 9 9 nhớ, giúp tăng mật độ bộ nhớ với chi phí của voltatility. Dữ liệu được lưu trữ trong điện dung nhỏ của mỗi bóng bán dẫn, và phải được định kỳ làm mới trong một vài mili giây trước khi phí có thể bị rò rỉ. 1.1.1.3. Nhiệm vụ của RAM Ram là nơi hệ điều hành, ứng dụng lưu trữ dữ liệu để CPU có thể nhanh chóng truy xuất. Tăng dụng lượng RAM đồng nghĩa với việc giảm số lần CPU phải lấy dữ liệu từ Hard Dick, Smột quá trình mất nhiều thời gian hơn đọc dữ liệu trực tiếp từ RAM. Máy tính cá nhân cần một dung lượng RAM nhất định cho mỗi ứng dụng càng nhiều ứng dụng bạn mở, lượng RAM cần dung càng nhiều. Vậy điều gì sẽ xảy ra khi RAM đầy. Rất may là hệ điều hành của chúng được thiết kế để xử lý trường hợp này. Khi RAM gần đầy hệ điều hành sẽ lấy bớt một phần dữ liệu từ RAM và ghi vào ổ cứng, thường là phần ít được dung nhất. Phần HD dung để ghi dữ liệu tạm thời này được gọi là Page file hay Swap file dịch sang tiếng việt có nghĩa là “tập tin tráo đổi”. RAM của chúng vì thế sẽ không bao giờ bị đầy nhưng cái giá phải trả sẽ là việc hệ thống hoạt động ì ạch vì CPU phải lấy quá nhiều dữ liệu từ ổ cứng. 1.1.1.4. Các thông số của RAM. Được phân loại theo chuẩn của JEDEC. 1.1.1.4.1. Dung lượng Dung lượng RAM được tính bằng MB và GB, thông thường RAM được thiết kế với các dung lượng 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 MB, 1 GB, 2 GB Dung lượng 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 lượng lớn, một số hệ thống phần cứng của máy tính cá nhân chỉ hỗ trợ đến tối đa 4 GB và một số hệ điều hành (như phiên bản 32 bit của Windows XP) chỉ hỗ trợ đến 3 GB. 1.1.1.4.2. BUS Bài tập lớn môn kiến trúc máy tính- Nhóm 9 10 [...]... loại RAM mặc định đính dán nhãn tốc độ cao Bài tập lớn môn kiến trúc máy tính- Nhóm 9 16 1.2 Tổng quan về SDRAM 1.2.1 Khái niệm cơ bản về SDRAM 1.1.1.1 Định nghĩa Ngoài những đặc điểm chung về RAM, SDRAM còn có các đặc điểm riêng SDRAM (viết tắt từ Synchronous Dynamic RAM) được gọi là DRAM đồng bộ SDRAM gồm 4 phân loại: SDR SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM 1.1.1.2 Lịch sử phát triển của SDRAM. .. 6 transistor MOS SRAM là bộ nhớ nhanh, việc đọc không làm hủy nội dung của ô nhớ và thời gian thâm nhập bằng chu kỳ của bộ nhớ 1.1.2.2 RAM động (DRAM) Hình 1.5 1 transistor và 1 tụ điện trong một ô nhớ của RAM động RAM động dùng kỹ thuật MOS Mỗi bit nhớ làm nội dung bit này bị hủy Do vậy sau mỗi lần đọc một ô nhớ, bộ phận điều khiển bộ nhớ phải viết lại nội dung ô nhớ đó Chu kỳ bộ nhớ cũng theo đó mà... liên tiếp thâm nhập bộ nhớ 1.1 2 Phân loại RAM Hình 1.3 Sơ đồ phân loại RAM Tùy theo công nghệ chế tạo, người ta phân biệt thành 2 loại: - SRAM (static RAM) : RAM tĩnh - DRAM (dynamic RAM) : RAM động 1.1 2.1 RAM tĩnh (SRAM) Bài tập lớn môn kiến trúc máy tính- Nhóm 9 12 Hình 1.4 6 transistor trong một ô nhớ của RAM tĩnh RAM tĩnh được chế tạo theo công nghệ ECL (CMOS và BICMOS) Mỗi bit nhớ gồm có các cổng... bandwidth 1.1.1.5 Đặc trưng Bộ nhớ RAM có 4 đặc trưng sau: + Dung lượng bộ nhớ :Tổng số byte của bộ nhớ (nếu tính theo byte) hoặc là tổng số bit trong bộ nhớ nếu tính theo bit + Tổ chức bộ nhớ :Số ô nhớ và số bit cho mỗi ô nhớ Bài tập lớn môn kiến trúc máy tính- Nhóm 9 11 + Thời gian thâm nhập:Thời gian từ lúc đưa ra địa chỉ của ô nhớ đến lúc độc được nội dung của ô nhớ đó + Chu kỳ bộ nhớ : Thời gian giữa... Dynamic RAM) được gọi là DRAM đồng bộ SDRAM gồm 3 phân loại: SDR, DDR, và DDR2 - - - SDR SDRAM( single data rate DSRAM),thường được giới chuyên môn gọi tắt là “SDR”.Có 168 chân ,được dùng trong các máy vi tính cũ,Busspeed chạy cùng vận tốc với clock speed của memory chip,nay đã lỗi thời DDR SDRAM( double data rate DSRAM),thường được giới chuyên môn gọi tắt là “DDR”.Có 184 chân DDR SDRAM là cải tiến của bộ nhớ. .. thâm nhập ô nhớ Bài tập lớn môn kiến trúc máy tính- Nhóm 9 13 Việc lưu trữ thông tin trong bit nhớ chỉ là tạm thời vì tụ điện sẽ phóng hết diện tích đã nạp và như vậy phải làm tươi bộ nhớ sau khoảng thời gian 2 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 bộ nhớ *** Bộ nhớ DRAM chậm nhưng rẻ tiền hơn SRAM Các loại DRAM + SDRAM (viết... 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 thanh cặp và ở những khe trống phải cắm những thanh RAM giả (còn gọi là C-RIMM) cho đủ Hình 1.6 Card RAM 4MB của máy tính VAX 8600 sản xuất năm 1986 Các chip RAM nằm vào những vùng chữ nhật ở bên trái và bên phải 1.1.3 Hoạt động của RAM 1.1.3.1 Tốc độ của bộ nhớ RAM. .. suất cao hơn của nó SDRAM độ trễ không thấp hơn (nhanh hơn) so với DRAM không đồng bộ Những lợi ích của bộ đệm DSRAM giúp interleave có khả năng hoạt động bank nhiều bộ nhớ, do đó tang hiệu quả bang thông Ngày nay, hầu như tất cả SDRAM được sản xuất phù hợp với tiêu chuẩn JEDEC, hiệp hội ngành công nghiệp điện tử thông qua các tiêu chuẩn mở để tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng tương tác của các thành... cho phép hoạt động hiệu suất cao hơn (Đặc biệt, "bùng nổ chấm dứt" lệnh sẽ bị xóa) Điều này cho phép tốc độ Buscủa SDRAM được tăng gấp đôi mà không làm tăng tỷ lệ đồng hồ hoạt động RAM nội bộ, thay vào đó, hoạt động nội bộ được thực hiện trong đơn vị 4 lần rộng như SDRAM Ngoài ra, một bank thêm địa chỉ pin (BA2) đã được bổ sung để cho phép 8 bank trên các con chip RAM lớn Điển hình DDR2 SDRAM tốc độ... kỳ bộ nhớ Đã được thay thế bởi DDR2 DDR2 SDRAM( Double Data rate 2 SDRAM) thường được giới chuyên môn gọi tắt là “DDR2”.Là thế hệ thứ 2 của DDR với 240 chân,lợi thế lớn nhất của nó so với ĐR là có bus speed cao gấp đôi clock speed + 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 . chung về RAM, SDRAM còn có các đặc điểm riêng. SDRAM (viết tắt từ Synchronous Dynamic RAM) được gọi là DRAM đồng bộ. SDRAM gồm 4 phân loại: SDR SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM. 1.1.1.2 1.1.2. Phân loại RAM 6 1.1.2.1. RAM tĩnh 7 1.1.2.2. RAM động 7 1.1.3. Hoạt động của RAM 9 1.1.3.1. Tốc độ của bộ nhớ RAM .9 1.1.3.2. Độ trễ 9 1.1.3.3. Tần số làm tươi 10 1.1.3.4. SDRAM access. quan về SDRAM 11 1.2.1. Khái niệm cơ bản về SDRAM 11 1.2.1.1. Định nghĩa 11 1.2.1.2. Lịch sử phát triển của SDRAM 11 1.2.2. Phân loại SDRAM 12 1.2.2.1. SDR SDRAM 12 1.2.2.2. DDR SDRAM 13