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
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
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
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
- SDR SDRAM được phân loại theo bus speed như sau:
+ PC-66: 66 MHz bus.
+ PC-100: 100 MHz bus.
+PC-133: 133 MHz bus.
- DDR SDRAM được phân loại theo bus speed và bandwidth như
sau:
+ DDR-200: Còn được gọi là PC-1600. 100 MHz bus với 1600 MB/s
bandwidth.
+ DDR-266: Còn được gọi là PC-2100. 133 MHz bus với 2100 MB/s
bandwidth.
+ DDR-333: Còn được gọi là PC-2700. 166 MHz bus với 2667 MB/s
bandwidth.
+ DDR-400: Còn được gọi là PC-3200. 200 MHz bus với 3200 MB/s
bandwidth.
RAM tĩnh được chế tạo theo công nghệ ECL (CMOS và BICMOS). Mỗi
bit nhớ gồm có các cổng logic với 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 ít nhất là gấp đôi thời
gian 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 tắt từ Synchronous 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 SDR với tốc độ truyền tải gấp đôi SDR nhờ vào
việc truyền tải hai lần trong một chu kỳ bộ nhớ .Đã được thay thế
bởi DDR2.
- DDR2 SDRAM(Double Data rate 2 SDRAM) thường được giới
Bài tập lớn môn kiến trúc máy tính- Nhóm 9
15
được người dùng để ý đến bởi vì nó đòng vai trò khá quan trọng vào tốc
độ xử lý tổng thể của hệ thống ,đặc biệt là ép xung.Vậy CAS là gì?
CAS là viết tắt của (Column Addrerss Strobe-địa chỉ cột).Một thanh
DRAM được coi như một ma trận của các ô nhớ và dĩ nhiên mỗi ô nhớ sẽ
có tọa độ (ngang, dọc).
1.1.3.3. Tần số làm tươi (refresh).
Thường thì khi nhắc tới khái niệm tần số làm tươi(RAM refresh
rate),người ta thường nghĩ ngay đến màn hình máy tính ,tuy nhiên bộ nhớ
DRAM (dynamic Ramdom Access Memory) cũng có khái niệm này.Như
bạn đã biết module DRAM được tạo nên bởi nhiều tế bào điện tử,mỗi tế
bào này phải được nạp lại điện hàng nghìn mỗi giây vì nếu không dữ liệu
chứa trong chúng sẽ bị mất.Một số loại DRAM có khả năng tự làm tươi dữ
liệu độc lập với bộ xử lí thường được sử dụng trong những thiết bị di động
để tiết kiệm điện năng.
1.1.3.4. SDRAM access time.
Việc cho ra đời cách đọc dữ liệu theo từng chuỗi (Burst Mode) đã
giúp khắc phục nhiều nhược điểm và tăng hiệu năng cho RAM.
Chu kỳ của chuỗi ngắn hơn rất nhiều chu kỳ trang của RAM loại cũ. Chu
kì của chuỗi cũng được coi như là chu kỳ xung nhịp của SDRAM và chính
vì thế nó được coi như thang xác định cho tốc độ của RAM bởi đó là
khoảng thời gian cần thiết giữa các lần truy xuất dữ liệu theo chuỗi của
RAM.Những con số -12,-10,-8… ghi trên các chip RAM bởi đó là khoảng
thời gian tối thiểu giữa mỗi lần truy xuất dữ liệu: nhãn -12 xác định chu kì
truy cập dữ liệu của RAM là 12ns(nano giây) đồng nghĩa với việc tốc độ
hoạt động tối đa của RAM sẽ là 83MHz.Thường RAM có tốc độ cao sẽ xử
dụng chip RAM có chu kỳ truy xuất thấp nhưng với chu kỳ truy xuất thấp
nhưng chưa chắc RAM đã có thể hoạt động ở tốc độ cao do còn phụ thuộc
vào nhiều yếu tố khác.Do đó đôi khi bạn sẽ gặp trường hợp thanh RAM có
Bài tập lớn môn kiến trúc máy tính- Nhóm 9
17
Tính đến năm 2007, SDRAM DIMM 167-pin không sử dụng trong các hệ
thống máy tính mới, và bộ nhớ DDR 184 –pin đã chủ yếu là thay thế.
DDR2 SDRAM là loại phổ biến nhất được sử dụng với các máy tính mới,
và bo mạch chủ và bộ nhớ DDR3 là phổ biến rộng rãi, và ít tốn kém hơn so
với sản phẩm DDR2 vẫn còn phổ biến.
Ngày nay, các nhà sản xuất DSRAM lớn nhất thế giới là: Samsung
Electronics, Panasonic, Công nghệ Micron và Hynix.
1.1.2. Phân loại SDRAM.
1.1.2.1. SDR SDRAM (Singer Data Rate SDRAM).
Đây là loại SDRAM chậm hơn so với các biến thế DDR, bởi vì chỉ có
một dữ liệu được truyền tải trên mỗi chu kỳ đồng hồ (tốc độ dữ liệu duy
nhất). Tuy nhiên, loại này cũng nhanh hơn so với loại đầu tiên EDO-RAM
và FPM-RAM thường 2 hoặc 3 đồng hồ để chuyển một dữ liệu.
1.1.2.2. DDR SDRAM ( Double Data Rate 1 SDRAM).
Trong khi độ trễ truy cập bộ nhớ DRAM về cơ bản giới hạn bởi các
mảng DRAM, DRAM có băng thông rất tiềm năng bởi vì mỗi lần đọc nội
dung thực sự là một ngàn bit. Để làm cho nhiều băng thông có sẵn cho
người dùng dữ liệu, tốc độ giao diện được phát triển. Điều này cũng sử
dụng cho các lệnh tương tự, chấp nhận một lần trên mỗi chu kỳ, nhưng
đọc hoặc viết hai dữ liệu trên mỗi chu kỳ đồng hồ. Giao diện DDR hoàn
thành điều này bằng cách đọc ghi dữ liệu trên () của tín hiệu đồng hồ.
Ngoài ra, một số thay đổi nhỏ về thời gian giao diện DSR đã được thực
hiện trong nhận thức muộn màng và cung cấp điện áp giảm từ 3, 3 đến 2,
5 V. Kết quả là, DDR SDRAM là không tương thích ngược với SDR
SDRAM.
DDR SDRAM (đôi khi được gọi là DDR1 cho rõ ràng hơn) tăng gấp đôi
mức tối thiểu đọc hoặc ghi đơn vị, truy cập mỗi đề cập đến ít nhất hai từ
liên tiếp.
và tốc độ Busbên ngoài mà không cần phải thay đổi tỷ lệ đồng hồ hoạt
động nội bộ, chiều rộng. Để duy trì 800-1600 chuyển M / s (cả hai cạnh của
một chiếc đồng hồ 400-800 MHz), mảng RAM nội bộ để thực hiện 100-200
M lấy một giây.
Bài tập lớn môn kiến trúc máy tính- Nhóm 9
19
Một lần nữa, tăng gấp đôi mỗi nhược điểm là gia tăng độ trễ. Như với tất
cả các thế hệ DDR SDRAM, lệnh còn nhiều hạn chế một cạnh đồng hồ và
thời gian trễ lệnh được đưa ra trong các chu kỳ đồng hồ, mà là một nửa
tốc độ của tốc độ truyền tải thường được trích dẫn (một 8 với DDR3-800 là
8 / (400 MHz) = 20 ns, chính xác cùng một độ trễ của CAS2 trên
PC100 SDR SDRAM).
Chip DDR3 bộ nhớ đang được thực hiện thương mại, và các hệ thống
máy tính sử dụng chúng đã có sẵn từ nửa cuối năm 2007, với việc sử
dụng đáng kể từ năm 2008 trở đi. tốc độ đồng hồ ban đầu là 400 và 533
MHz, được mô tả DDR3-800 và DDR3-1066 (PC3-6400 và PC3-8500 mô-
đun), nhưng 667 và 800 MHz, được mô tả như DDR3-1333 và DDR3-1600
(PC3-10600 và PC3-12800 module) đang phổ biến. Hiệu suất lên tới
DDR3-2200 (PC3 17600 modules) có sẵn cho một mức giá.
Chương ll. Nguyên lý hoạt động của SDRAM
2.1. DRAM
2.1.1. Sơ lược về lịch sử DRAM
DRAM được phát minh đầu tiên bởi tiến sĩ Robert Dennard tại trung
tâm Thomas J.Ưatson IBM năm 1966.Đầu năm 1970, Intel chế tạo thành
cộng DRAM dùng 1 cell 3 transistor có tên Intel 1102. Đến 10/1970 Intel
cho ra đời Intel 1103 có cell 1 transistor. Năm 1973 bộ nhớ DRAM đầu tiên
có nhiều địa chỉ hàng /cột là Mostek MK 4096(4096x1).
2.1.2. Cấu tạo
Bài tập lớn môn kiến trúc máy tính- Nhóm 9
• DRAM được cấu tạo bởi hàng triệu tế bào nhớ được khắc lên một bánh
• t2: MUX lên mức cao để đặt địa chỉ cột tại các đầu vào địa chỉ của
DRAM
• t3: CAS xuống thấp để nạp địa chỉ cột vào DRAM
• t4: DRAM đáp ứng lại bằng cách đặt dữ liệu hợp lệ từ vào ô nhớ được
chọn lên đương dữ liệu ra
• t5: MUX, RAS, CAS và đường dữ liệu ra trở về trạng thái ban đầu
22
Hình 2.3. Chu kỳ đọc dữ liệu của DRAM
2.1.3.3. Chu kỳ ghi dữ liệu.
Bài tập lớn môn kiến trúc máy tính- Nhóm 9
t1: RAS = NGT nạp địa chỉ hàng vào DRAM
t2: MUX lên mức cao để dặt địa chỉ cột (A7-A13) tại các đầu vào địa chỉ của
DRAM
t3: CAS = NGT để nạp địa chỉ cột vào DRAM
t4: Dữ liệu cần ghi được đạt lên đường dữ liệu vào
t5: RW bị kích xuống thấp để ghi dữ liệu vào ô nhớ được chọn
t6: Dữ liệu vào bị loại bỏ khỏi dữ liệu vào
t7: MUX, CAS, CAS và đường dữ liệu trạng thái ban đầu
23
2.2. Chế độ làm việc của DRAM.
2.2.1. Chế độ trang.
Trong chế độ này, quá trình thâm nhập ô nhớ chỉ có địa chỉ cột được
thay đổi nhưng địa chỉ hàng giừ nguyên. Như vậy một trang phù hợp chính
xác với một hàng trong ma trận nhớ. Thông thường, để khởi phát quá trình
đọc, mạch điều khiển nhớ trước hết kích hoạt tín hiệu RAS như thường lệ
cho qua địa chỉ hàng. Lúc đó một đường tư W được chọn . tiếp đó tín hiệu
CAS được kích hoạt và cho qua địa chỉ cột của ô nhớ định xâm nhập. lúc
đó giá trị từ cặp dây bit được truyến tới bộ đệm ra. Mạch điều khiển sau đó
sẽ làm cấm cả các rín hiệu (nâng lên 1) và quá trình xâm nhập một ô nhớ
thế là xong. Trong chế độ thường, muốn thâm nhập ô nhớ khác thì phải lặp
dùng trong máy vi tính.
2.2.4. Chế độ nối tiếp.
Có thể coi như đây là chế độ Nibble mở rộng. các bit số liệu bên trong
một hàng được in ra bởi xung nhịp CAS. Khác chế độ nibble, số chuyển
trạng thái CAS (cũng là số bit số liệu) không hạn chế chỉ có 4. Về nguyên
tắc, toàn bộ hàng có thể được đưa ra một cách nối tiếp. do đó tổ chức bên
trong của chip đóng vai trò quan trọng bởi một hàng có thể bao gồm, ví dụ
1024 hoặc 2048 cột trong một chip 1Mbit. Các địa chỉ hàng và cột cấp đặc
tính chỉ lúc ban đầu qua trình thâm nhập. với mỗi xung CAS, chip DRAM
đếm lên địa chỉ cột bên trong một cách tự động. chế độ này dùng chính
cho việc đọc các bộ nhớ video hoặc nạp các dường cache như các thâm
nhập đọc bởi màn hình hoặc bộ điều khiển cache chung có đặc tính nối
tiếp trên một vùng đại chỉ nhớ rộng.
2.2.4. Chế độ đan xen.
Là chế độ cho phép tránh trễ do thời gian tiền nạp RAS. Bộ nhớ được
chia làm thành vài băng đang xen nhau thao một tỉ lệ xác định. Thí dụ, bộ
nhớ đan xen 2 hàng dùng với vi xử lý 80386. Vì bus địa chỉ ở đây là 32 bit
Bài tập lớn môn kiến trúc máy tính- Nhóm 9
25
Copyright: Tài liệu đại học ©