Chương 4: SƠ LƯC VỀ BỘ NHỚ BÁN DẪN 1/ Vai Trò Bộ Nhớ Bán Dẫn: Tuy không giữ vai trò quyết đònh trong một hệ thống vi xử lí nhưng bộ nhớ lại không thể vắng mặt bởi một lí do: Bộ xử lí trung tâm chỉ có chức năng xử lí dữ liệu theo một chương trình đã đònh trước mà chương trình này không thể lưu trữ ở đâu khác ngoài bộ nhớ dù cho bộ nhớ có nằm bên ngoài chip hay nằm trong chính nó. Ngoài ra, trong quá trình thực thi chương trình sẽ phát sinh các dữ liệu tạm thời, dữ liệu này cũng cần được lưu lại để sau đó được xử lí tiếp. 2/ Các Thuật Ngữ Của Bộ Nhớ: Memory cell: Là một ô nhớ hay một tế bào nhớ, có nhiệm vụ lưu trữ một bit dữ liệu 0, hoặc 1. Ô nhớ có thể được hình thành từ một Flip-Flop, hoặc điện tích của tụ điện… Memory word : Là một từ nhớ, bao gồm một nhóm các ô nhớ. Độ rộng của một từ dữ liệu có thể là : 4 bits, 8 bits, 16 bits … Byte : Là một thuật ngữ đặc biệt dùng để chỉ một từ nhớ có độ rộng = 8 bits. Capacity : Là dung lượng của một bộ nhớ được tính bằng đơn vò bit. Đó chính là tổng số bit có thể lưu trữ trong bộ nhớ. Dựa vào số đường đòa chỉ và độ rộng của data bus của chip nhớ mà ta có thể suy ra được dung lượng bộ nhớ đó. Address : Một bộ nhớ thì chứa đựng trong nó rất nhiều ô nhớ, để phân biệt các ô nhớ với nhau thì mỗi ô nhớ sẽ được gán cho một đòa chỉ tương ứng duy nhất. Trong khi sử dụng bộ nhớ cần lưu ý một điều là : các ô nhớ khác nhau có thể lưu trữ dữ liệu giống nhau nhưng một dữ liệu khi cần lưu vào bộ nhớ thì chỉ được phép ghi lên một ô nhớ tại một đòa chỉ xác đònh mà thôi, nếu không sẽ dẫn đến việc lãng phí bộ nhớ một cách vô ích. Read Operation : Là hoạt động đọc hay cách thức sao chép dữ liệu từ một ô nhớ xác đònh trong bộ nhớ ra bên ngoài. Write Operation : Là hoạt động ghi dữ liệu từ ngoài vào trong bộ nhớ tại đòa chỉ ô nhớ được xác đònh trước. Dữ liệu trước đó của ô nhớ sẽ bò mất và thay vào đó là dữ liệu vừa mới ghi vào. Access Time: Là thời gian truy xuất một ô nhớ tính từ lúc đòa chỉ ô nhớ được đặt vào cho đến lúc có dữ liệu xuất hiện tại các ngõ ra. Kí hiệu thời gian truy xuất là : t ACC Random-Access Memory (RAM): Là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên theo nghóa bất cứ ô nhớ nằm tại đòa chỉ nào cũng có thời gian truy xuất như nhau. Dữ liệu chỉ tồn tại trong RAM khi nó còn nguồn nuôi. Khi mất nguồn, dữ liệu sẽ thay đổi một cách ngẫu nhiên và do đó không còn giữ được các giá trò giữ liệu đã lưu vào trước nguồn bò mất. Read-Only Memory (ROM): Là bộ nhớ chỉ đọc tức là dữ liệu đã được nạp vào ROM ngay trong lúc sản xuất ra nó, dữ liệu này không bò thay đổi trong suốt quá trình sử dụng. Nếu như dữ liệu trong ROM cần thay đổi thì buộc phải mua một ROM mới khác thay thế tất nhiên phải chứa chương trình cần thiết. ROM thuộc loại bộ nhớ chỉ lập trình được một lần duy nhất, ROM được dùng trong các thiết kế cần tỉ lệ đọc dữ liệu rất cao. Một điểm cần lưu ý là thông tin đã lưu trữ trong ROM không bò mất ngay cả khi không cấp nguồn nuôi cho nó. Static Memory: Là bộ nhớ tónh theo nghóa dữ liệu khi đã ghi vào thì không cần phải nạp lại, nhưng dữ liệu sẽ bò mất đi khi không còn cấp điện cho nó. Dynamic Memory: Là bộ nhớ động theo nghóa dữ liệu khi đã nạp vào còn cần thiết phải thường xuyên nạp lại, nếu không chúng sẽ không giữ được giá trò như cũ. Tức là dữ liệu có thể bò mất ngay cả khi còn cấp điện cho nó. Công việc nạp lại dữ liệu được gọi là quá trình làm tươi bộ nhớ (Refresh). Data bus : Là một nhóm các đường truyền dùng để tải dữ liệu từ bộ nhớ ra ngoài và ngược lại. Do vậy, data bus có thể truyền theo hai chiều. Address bus : Là nhóm đường truyền dùng để tải các bit đòa chỉ từ bộ xử lí trung tâm đến bộ nhớ nhằm xác đònh ô nhớ nào được truy xuất. Address chỉ có một chiều duy nhất. 3/ Hoạt Động Tổng Quát Của Bộ Nhớ: Mỗi hệ thống nhớ đòi hỏi một số các đường tín hiệu vào ra nhằm thực thi các chức năng sau:  Xác đònh đòa chỉ của ô nhớ cần truy xuất trong hoạt động đọc/ghi.  Nhận tín hiệu điều khiển để thực thi hoạt động đọc hoặc ghi.  Khi thực hiện hoạt động đọc, nó sẽ nhận dữ liệu để lưu trữ vào ô nhớ.  Khi thực hiện hoạt động ghi, nó sẽ gởi dữ liệu ra bộ nhớ.  Cho phép (hoặc ngăn cấm) việc truy xuất bộ nhớ. Tham khảo một bộ nhớ có 32 từ nhớ 4 bits (dung lượng = 32 X 4 bits). Do độ rộng của từ dữ liệu = 4 bits, nên có 4 đường dữ liệu vào là : I 0 , I 1 , I 2 , I 3 và 4 đường dữ liệu ra : O 0 , O 1 , O 2 , O 3 . Khi thực hiện ghi dữ liệu thì từ dữ liệu 4 bits cần ghi sẽ được áp vào các ngõ vào I 0 , I 1 , I 2 , I 3. Khi muốn đọc dữ liệu ra từ bộ nhớ, từ dữ liệu sẽ xuất hiện tại các ngõ ra O 0 , O 1 , O 2 , O 3 . Do bộ nhớ chứa 32 từ nhớ nên phải có 32 vò trí lưu trữ khác nhau được phân biệt thông qua 32 đòa chỉ nhò phân. Muốn vậy, phải cần 5 bits đòa chỉ để có 32 trạng thái khác nhau tương ứng với 32 đòa chỉ ô nhớ. Ngõ vào R/W\: Dùng để xác đònh chế độ hoạt động của bộ nhớ là chế độ đọc hay ghi dữ liệu. Một số bộ nhớ sử dụng hai ngõ vào riêng biệt, một cho hoạt động đọc và một cho hoạt động ghi. Nếu tích hợp chung lại thành một đường R/W\ thì quá trình đọc dữ liệu xảy ra khi R/W\ = 1, và quá trình ghi dữ liệu xảy ra khi R/W\ = 0. Ngõ vào cho phép (Memory Enable) : khi một hệ thống có sử dụng nhiều bộ nhớ thì cần thiết phải phân biệt bộ nhớ nào sẽ được truy xuất tại từng thời điểm, việc này có thể thực hiện được bằng cách sử dụng ngõ vào cho phép (CS\) để cho phép bộ nhớ nào được truy xuất tại thời điểm hiện tại đồng thời ngăn cấm tất cả các bộ nhớ còn lại. 4/ Sự Kết Nối Giữa Vi Xử Lí (P) Với Bộ Nhớ: Một vi xử lí đơn độc thì không thể thực hiện được chức năng điều khiển mà nhất thiết phải cần đến các thiết bò ngoại vi hỗ trợ cho nó. Vi xử lí thực hiện việc kết nối với bộ nhớ như thế nào để có thể truy xuất bộ nhớ để lấy mã lệnh và ghi dữ liệu. Vi xử lí kết nối với bộ nhớ thông qua 3 bus sau: Bus đòa chỉ (Address bus) Bus dữ liệu (Data bus) Bus điều khiển (Control bus). Thông qua 3 bus này vi xử lí có thể thực hiện việc truy xuất đến bất cứ ô nhớ cần thiết nào trong toàn hệ thống nhớ. Sơ đồ kết nối: Hoạt động ghi dữ liệu:   P đặt đòa chỉ của ô nhớ cần lưu dữ liệu lên address bus.   P đặt dữ liệu cần lưu trữ lên data bus.   P kích thích tín hiệu điều khiển thích hợp trong bus điều khiển để ghi dữ liệu.  Dữ liệu trên bus sẽ truyền vào ô nhớ đã được lựa chọn. Hoạt động ghi dữ liệu:  P đặt đòa chỉ của ô nhớ cần đọc dữ liệu lên address bus.  P kích thích tín hiệu điều khiển thích hợp trong bus điều khiển để yêu cầu bộ nhớ xuất dữ liệu ra data bus. IC nhớ sẽ giải mã đòa chỉ này để xác đònh xem ô nhớ nào được lựa chọn cho hoạt động đọc dữ liệu. IC nhớ đặt dữ liệu của ô nhớ đã chọn lên data bus để truyền về  P. Read-Only Memory (ROM) : Bộ nhớ chỉ đọc Loại bộ nhớ này được thiết kế chủ yếu để lưu trữ các dữ liệu cố đònh. Khi hoạt động bình thường dữ liệu mới không thể ghi vào ROM được nhưng dữ liệu có thể đọc ra từ ROM. Đối với một số ROM, dữ liệu được ghi vào nó ngay trong quá trình sản xuất. Việc nạp dữ liệu vào cho ROM được gọi là lập trình cho ROM. Một số ROM không cho phép việc thay đổi dữ liệu sau khi đã được lập trình (chỉ lập trình một lần duy nhất).  Các ROM sau này được cải tiến để cho phép việc xóa dữ liệu và lập trình lại. . từ nhớ 4 bits (dung lượng = 32 X 4 bits). Do độ rộng của từ dữ liệu = 4 bits, nên có 4 đường dữ liệu vào là : I 0 , I 1 , I 2 , I 3 và 4 đường dữ liệu ra. hiện ghi dữ liệu thì từ dữ liệu 4 bits cần ghi sẽ được áp vào các ngõ vào I 0 , I 1 , I 2 , I 3. Khi muốn đọc dữ liệu ra từ bộ nhớ, từ dữ liệu sẽ xuất