Tìm hiểu về RAM

Ví dụ : Về tốc độ của HDD và RAM Giả sử tốc độ truy xuất dữ liệu của HDD chỉ như 1 chú ốc sên ms thì tốc độ truy xuất của RAM như là một chiếc tên lửa với tốc độ nhanh hơn rất nhiều ns.

Đề tài: TÌM HIỂU RAM MÁY TÍNH

li n v i chi c máy tính cá nhân ó chính là RAM ề ớ ế đ

Trong đề tài này, tôi s gi i thi u v i các b n nh ng n i ẽ ớ ệ ớ ạ ữ ộ dung c b n nh t v RAM máy tính ơ ả ấ ề

Sau ây, xin m i các b n cùng đ ờ ạ đế n v i nh ng n i dung ớ ữ ộ chính trong đề tài này.

Nội dung tìm hiểu :

Ph n I ầ

Khái niệm

c p ng u nhiên Th i gian th c hi n thao tác ậ ẫ ờ ự ệ đọ c

ho c ghi ặ đố ớ i v i m i ô nh là nh nhau, cho dù ỗ ớ ư

ang b t kì v trí nào trong b nh

Ví Dụ

Sau ây s là 1 ví d đ ẽ ụ đơ n gi n v cách ả ề

th c truy c p ng u nhiên c a RAM Gi s ứ ậ ẫ ủ ả ử chúng ta có 100 ô nh ớ đượ đ c ánh s t 1 ố ừ đế n

100 Ph ươ ng th c truy c p ng u nhiên c a ứ ậ ẫ ủ RAM s giúp ta truy c p t i 1 ô nh b t kì ẽ ậ ớ ớ ấ

mà không c n thông qua các ô nh tr ầ ớ ở ướ c

nó T c là ta có th i ứ ể đ đế n ô nh s 100 mà ớ ố

không c n qua các ô nh t 1 ầ ớ ừ đế n 99.

Ph n II ầ

Ph n III ầ

&

1 Mục đích sử dụng

t , ng ự ượ ạ ớ c l i v i m t s k thu t khác, òi ộ ố ĩ ậ đ

2 Nhiệm vụ của RAM

RAM là n i h i u hành ng d ng ơ ệ đ ề ứ ụ để ư l u

tr Data (d li u) ữ ữ ệ để CPU có th truy xu t m t ể ấ ộ cách nhanh chóng T ng dung l ă ượ ng RAM đồ ng ngh a v i vi c gi m s l n CPU (Central ĩ ớ ệ ả ố ầ

Processing Unit - B x lí trung tâm) ph i l y d ộ ử ả ấ ữ

li u t Hard Disk (HDD hay a c ng), vi c ệ ừ ổ đĩ ứ ệ này t o hi u qu r t l n cho vi c ho t ạ ệ ả ấ ớ ệ ạ độ ng c a ủ máy tính vì th i gian truy xu t c a HDD ờ ấ ủ đượ c

tính b ng ms (mili giây) còn c a RAM ằ ủ đượ c tính

b ng ns (nano giây) ằ

Ví dụ : Về tốc độ

của HDD và RAM

Giả sử tốc độ truy xuất dữ liệu của HDD chỉ như 1 chú ốc sên (ms) thì tốc độ truy xuất của RAM như là một chiếc tên lửa với tốc độ nhanh hơn rất nhiều (ns).

Ph n IV ầ

1, Cấu tạo của 1 Chip nhớ

 RAS (Row Address Strobe) Là tín hi u ệ để xác nh a ch đị đị ỉ

nh theo hàng ớ

 CAS (Column Address Strobe) là tín hi u ệ để xác nh a đị đị

ch nh theo c t ỉ ớ ộ

 Address Bus là đườ ng truy n tín hi u RAS và CAS ề ệ

 Data Bus là đườ ng truy n d li u gi a Memory ề ữ ệ ữ

Controler và chip nh ớ

Khi c n truy xu t ầ ấ đế n 1 a ch nh b t kì Memory đị ỉ ớ ấ

Controler s g i các tín hi u RAS và CAS t ẽ ử ệ ươ ng x ng ứ

n Chip nh t ng ng v i d li u c n l y.

2.Cách thức truy cập chip nhớ.

Để rõ hơn vấn đề này, phần sau chúng tôi sẽ

nhắc lại cách truy cập của các loại RAM và

nguyên tắc hoạt động của nó.

3, Dung lượng RAM tối đa và

Memory Bank

 Dung l ượ ng Ram và cách tính Ram cho các h th ng: ệ ố

 Các Module (Thanh RAM) có thể dựa trên các chip x4 x8 hoặc x16, x4 và x8 muốn nói đến bus width của chip nhớ tức là đồng thời

chip nhớ có thể cho ra bao nhiêu bit dữ liệu Hầu hết các hệ thống hiện nay đều sử dụng loại x8 hoặc x16 Các hệ điều hành 32bit có khả năng quản lí địa chỉ nhớ trong 32bit kết hợp với CPU 32bit có khả năng đánh dấu địa chỉ nhớ trong 32bit Tức là sẽ có 2 32 địa chỉ nhớ được đánh dấu và quản lí 2 32 = 4294967296 ~ 4Gb địa chỉ nhớ Tương ứng với mỗi địa chỉ nhớ là 8bit (x8) Như vậy lượng RAM tối đa mà 1 hệ thống 32 bit có thể có là 4Gb * 8 = 4GB Đối với các hệ điều hành 64 bit kết hợp với hệ thống 64 bit có khả năng đánh dấu

và quản lí địa chỉ nhớ trong 64bit Tức là lượng RAM tối đa là có 4GB*2 32 (do 2 64 gấp 2 32 là 2 32 lần) Một con số thật khủng khiếp phải không Chuẩn mỗi location (địa chỉ nhớ) ứng với 8bit là do IBM đưa ra Nhưng sau này thì đã có các chip x16 nên lượng RAM tối đa với hệ thống 32bit trên lý thuyết sẽ cao hơn 4GB nhiều nhưng trên thực tế với 4GB cũng là đã khó kiếm dc BIOS hỗ trợ.

3, Dung lượng RAM tối đa và

Memory Bank

 Memory Bank và cách đọ c m t s thông s RAM ộ ố ố

 Với 1 Chip RAM có kí hiệu 32M x 8 thì có thể hiểu 32M là có 32 triệu location (32M) Mỗi location là 8 bit (x8) nên chip RAM này có dung lượng 32Mbyte Tương tự với các kĩ hiệu khác như 16Mx16 64M x 4.

Có thể chúng ta sẽ thắc mắc, Data Bus width của RAM là 64 bit

Tương xứng với mỗi địa chỉ nhớ là 8 bit Vậy làm thế nào mà CPU tận dụng được 64 bit bus width này 1 Module RAM gồm nhiều chip Trong

đó 8 chip hợp lại tạo thành 1 Bank (đối với loại chip x8) và cả 16 chip hợp thành 1 Bank (đối với loại chip x4) hoặc 4 chip hợp thành 1 BANK đối với loại x16 Đây là hình minh họa cho 1 BANK đối với chip x8 Khi cần nạp dữ liệu CPU sẽ nạp toàn bộ dữ liệu vào 1 Bank Như vậy cả 64 bit dữ liệu sẽ được phân đều trên 8 chip x8 Trên chỉ là 1 VD để làm rõ chức năng của Bank Trên thực tế 1 SDRAM(ko phải SDR-SDRAM) chip

có khoảng 60 pin Ngoài các pin cho địa chỉ, điều phối và điện tiêu thụ thì sẽ còn 16 pin để truyền dữ liệu Như vậy 4 Chip này đã đủ hợp

thành 1 BANK để lấp đầy 64 bit dữ liệu cho CPU.

4.Single Channel và Dual Channel.

 Ở chế độ Single Channel: Sẽ chỉ có 1 BANK được truy xuất trong cùng 1 thời

điểm Data Bus Width sẽ là 64 bit Như vậy:

BandWidth = Bus Speed * Bus Width/8 = Bus Speed * 64/8 = Bus Speed *8 (Sở dĩ chia 8 là do Bus width tính theo đơn vị Bit còn BandWidth lại tính theo đơn vị

là MB/s 1byte = 8 bit)

VD: Với 1 thanh DDR-SDRAM(*) 400 MHZ thì BandWidth = 400 * 64/8 =

3200MB/s vì thế mà người ta còn kí hiệu PC3200

 Ở thế độ Dual Channel: Sẽ có 2 BANK ở 2 DIMM(*) khác nhau được truy

xuất cùng 1 lúc Lúc này mỗi Bank sẽ mở 1 kênh về Mem Controler Mỗi kênh có BandWidth là 64 bit như vậy tổng BandWidth của toàn bộ hệ thống là 128 Bit Lúc này BandWidth = Bus Speed * 128/8 = Bus Speed * 8.

(*) khái niệm sẽ được nhắc đến ở các chương sau

Ph n V ầ

RAM được chia làm 2 loại :

1.DRAM – Ram Động

 C u t o c a DRAM g m ấ ạ ủ ồ : 1 transistor và 1 t i n trong m t ô nh c a ụ đ ệ ộ ớ ủ

RAM độ ng RAM độ ng dùng k thu t MOS M i bit nh g m m t ỹ ậ ỗ ớ ồ ộ

transistor và m t t i n Vi c ghi nh d li u d a vào vi c duy trì i n tích ộ ụ đ ệ ệ ớ ữ ệ ự ệ đ ệ

n p vào t i n và nh v y vi c ạ ụ đ ệ ư ậ ệ đọ c m t bit nh làm n i dung bit này b h y ộ ớ ộ ị ủ

Do v y sau m i l n ậ ỗ ầ đọ c m t ô nh , b ph n i u khi n b nh ph i vi t ộ ớ ộ ậ đ ề ể ộ ớ ả ế

l i n i dung ô nh ó Chu k b nh c ng theo ó mà ít nh t là g p ôi th i ạ ộ ớ đ ỳ ộ ớ ũ đ ấ ấ đ ờ gian thâm nh p ô nh ậ ớ

Vi c l u gi thông tin trong bit nh ch là t m th i vì t i n s phóng h t ệ ư ữ ớ ỉ ạ ờ ụ đ ệ ẽ ế

i n tích ã n p và nh v y ph i làm t i b nh sau kho ng th i gian 2 s

Sơ Đồ Cấu Tạo Của DRAM

Sơ đồ nguyên lý của DRAM

Mạch tiền nạp cho phép xâm nhập và kích

hoạt word line khi nạp tất cả các bit line

bằng Vcc/2 Quá trình tiền nạp sẽ dừng khi

các cặp dây này có giá trị bằng nhau về điện

áp Thời gian đòi hỏi cho quá trình này gọi là

thời gian tiền nạp RAS Khi quá trình này

kết thúc thì mới có thể thực hiện truy xuất ô

nhớ Mạch tiền nạp làm tăng tính ổn định của

điện áp ra

Do điện dung của tụ điện rất nhỏ so với điện

dung ghép giữa các bit line nên điện

áp trên các bit line thay đổi nhỏ, khoảng 100

mV Nếu điện tích của tụ điện ban đầu bằng 0

thì điện thế trên bit line sẽ giảm xuống và kéo

điện áp này xuống mức 0 Ngược lại, nếu

điện tích khác 0 thì điện thế trên bit line sẽ

tăng lên và nâng điện áp này lên Vcc Tín hiệu

giải mã cột được cấp sau tín hiệu giải mã

hàng để cho phép chọn chính xác cột

Giản đồ thời gian đọc dữ liệu của DRAM có thể biểu diễn như sau:

tRAS: thời gian thâm nhập

RAS – là thời gian từ lúc đặt

địa chỉ hàng cho tới khi dữ

liệu ra khỏi bộ đệm

tCAS: thời gian thâm nhập

CAS – là thời gian từ lúc đặt

địa chỉ cột cho tới khi dữ liệu

ra khỏi bộ đệm (tCAS <

tRAS)

tPR: thời gian hồi phục (thời

gian tiền nạp RAS) – thời gian

cần thiết từ lúc ngõ ra ổn định

cho đến khi có thể cung cấp

một địa chỉ mới

Làm tươi DRAM (Refressing)

 Điện tích trên tụ điện bị giảm theo thời gian do chúng phóng qua n i tr c a ộ ở ủ các linh ki n ghép n i xung quanh ệ ố và lớp điện môi oxide làm cho dữ liệu có thể bị mất Do đó, tụ điện phải được nạp lại một cách tuần hoàn (refresh), thông

thường khoảng từ 1 ÷ 16 ms tùy theo loại RAM Có 3 phương pháp refresh:

 Chỉ tác động RAS: tạo chu kỳ đọc giả (dummy read) để làm tươi ô nhớ Trong chu kỳ giả này, tín hiệu RAS tích cực và địa chỉ hàng được đưa vào DRAM nhưng CAS bị cấm nên không thể truyền dữ liệu ra ngoài được Để làm tươi toàn bộ bộ nhớ thì tất cả các địa chỉ phải được cấp lần lượt Nhược điểm của phương pháp này là cần phải dùng mạch logic hay một chương trình để làm tươi Trong máy tính, điều này thực hiện bằng kênh 0 của DMAC 8237, tác động định kỳ bằng bộ đếm 1 của PIT 8253

 Tác động CAS trước RAS: DRAM có một mạch logic làm tươi của riêng nó với một

bộ đếm địa chỉ Tín hiệu CAS sẽ tích cực trong một khoảng thời gian trước khi RAS tích cực Địa chỉ làm tươi được phát ra bên trong bằng bộ đếm địa chỉ mà không cần mạch logic bên ngoài Sau mỗi chu kỳ làm tươi, bộ đếm địa chỉ sẽ tự động tăng lên 1

để chỉ địa chỉ kế tiếp.

 Ẩn: Chu kỳ làm tươi được chứa sau chu kỳ đọc bộ nhớ Tín hiệu CAS giữ nguyên mức thấp trong khi chỉ có RAS lên mức cao Ở đây, bộ đếm địa chỉ cũng tự phát ra địa chỉ làm tươi.Việc đọc dữ liệu trong chu kỳ đọc cũng có thể thực hiện ngay cả khi đang thực hiện chu kỳ làm tươi Phương pháp này sẽ tiết kiệm được thời gian do thời gian làm tươi thường ngắn hơn so với thời gian đọc

Các chế độ hoạt động nhanh của DRAM

 Chế độ trang: quá trình truy xuất ô nhớ chỉ thay đổi địa chỉ cột Như vậy, một trang sẽ tương ứng với một hàng trong ma trận nhớ Để khởi động quá trình đọc, mạch điều khiển nhớ tác động tín hiệu RAS như thông thường nhưng lại

bỏ qua địa chỉ hàng Trong chế độ này, nếu ô nhớ tiếp theo trong cùng một

trang thì tín hiệu RAS vẫn giữ liên tục ở mức tích cực Do đó, thời gian truy xuất có thể giảm xuống 50%

 Chế độ cột tĩnh: tương tự như chế độ trang nhưng tín hiệu CAS giữ nguyên

không đổi DRAM sẽ tự phát hiện sự thay đổi địa chỉ sau một khoảng thời gian CAS không đổi

 Chế độ nibble: thay đổi tín hiệu CAS 4 lần để chuyển 1 nibble dữ liệu.

 Chế độ nối tiếp: tương tự như chế độ nibble nhưng không phải chỉ chuyển 4 lần trạng thái của tín hiệu CAS Về nguyên tắc, toàn bộ hàng có thể đưa ra tuần

Đặc điểm của DRAM

2 SRAM – RAM tĩnh

c ch t o theo công ngh ECL (dùng

Sơ đồ nguyên lý của SRAMĐối với SRAM, nội dung ô nhớ

vẫn giữ nguyên khi chưa mất

nguồn cung cấp mà không cần

phải tốn thời gian làm tươi ô

nhớ Do điện áp chênh lệch lớn

nên thời gian xử lý khuếch đại sẽ

nhỏ hơn trong DRAM (thời gian

truy xuất của DRAM là khoảng

1ns trong khi của DRAM

khoảng 40ns) Từ đó, SRAM

không thực hiện phân kênh địa

chỉ hàng và cột (điều này sẽ làm

giảm thời gian truy xuất) Sau

khi dữ liệu ổn định, bộ giải mã

cột chọn cột phù hợp và đưa dữ

liệu đến bộ đệm ngõ ra.

Đặc điểm của SRAM

Bảng So Sánh Giữa SRAM và DRAM

Cần phải làm tươi Không cần phải làm tươi

Tốc độ làm việc chậm hơn so với SRAM

do phải mất thời gian làm tươi Tốc độ làm việc nhanh hơn nhưng giá thành đắt và khó làm Cần cung cấp điện năng liên tục mỗi vài

mili giây để duy trì dữ liệu

Lưu trữ nhiều bit trên 1 chip,tiêu tốn ít

điện năng toả nhiệt ít

Duy trì nội dung cho tới khi chừng nào vẫn còn có điện

Tiêu tốn nhiều điện năng và toả nhiệt nhiều hơn so với DRAM

Loại RAM đặc thù riêng :

• Multibank DRAM (MDRAM)

• Fast-Page Mode (FPM) DRAM

• Extended Data Out (EDO) DRAM

• Burst EDO DRAM (BEDO DRAM)

• Synchronous Dynamic Random Access

Memory (SDRAM)

• Synchronous-Link (SL) DRAM

• Double Data Rate (DDR) SDRAM

• Direct Rambus (DR) DRAM

Loại RAM đặc thù riêng :

• SRAM đồng bộ

• SRAM không đồng bộ

DRAM cho bộ nhớ chính SRAM cho bộ nhớ cache

1.Một số khái niệm khác về RAM

 SIMM (Single Inline Memory Module) là lo i b nh c a ạ ộ ớ ủ các máy tính c ( ũ đầ u nh ng n m 1980 ữ ă đế n 1990) G m ồ

lo i 30 chân và 72 chân Lo i 30 có bus width là 9 bit (s d ng ạ ạ ử ụ

b nh 9 bit) còn 72 chân là 32 bit vì v y lo i 72 chân nhanh ộ ớ ậ ạ chóng thay th lo i 30 chân gi a nh ng n m 90 ế ạ ở ữ ữ ă

 DIMM (Double Inline Memory Module) là b nh c a các ộ ớ ủ máy tính hi n nay ệ Đướ c bi t ế đế n v i DIMM 168 chân ớ

(SDR-SDRAM hay SDRAM), 184 chân (DDR-SDRAM hay DDR1) và lo i 240 chân (DDR2-SDRAM hay DDR2) Ngoài ạ

ra còn có các lo i 72, 144, 200 chân dùng riêng cho Laptop Và ạ bus width c a lo i DIMM là 64 bit, ây là ủ ạ đ đặ đ ể c i m phân

lo i chính c a SIMM và DIMM ạ ủ

Xâu hơn về DIMM

 SDR-SDRAM (Single Data Rate Synchronous Dynamic RAM) vi t t t SD-RAM là lo i Ram ch chuy n ế ắ ạ ỉ ể đổ i 1 bit

d li u trong m t xung nh p ữ ệ ộ ị

 DDR-SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM) hay DDR là lo i Ram có th chuy n ạ ể ể đổ i 2 bit d ữ

li u trong m t xung nh p Do có th chuy n d li u trên ệ ộ ị ể ể ữ ệ

c 2 m t lên và xu ng ây ả ặ ố Đ đượ c g i là Double Pump ọ

 DDR2-SDRAM là th h sau c a DDR có t c ế ệ ủ ố độ cao h n ơ

T 400MHz tr lên Và có 240 chân ừ ở

 RDRAM (RAM bus Dynamic RAM) là lo i Ram có t c ạ ố độ cao T 400MHz ừ đế n 800 MHz nh ng bus width ch có 16 ư ỉ bit.

2 Phân loại RAM theo chuẩn JEDEC

 Dung l ượ ng

 Dung lượng RAM được tính bằng MB và GB Thông

thường RAM được thiết kế với dung lượng 8, 16, 32, 64,

2 Phân loại RAM theo chuẩn JEDEC

DDR SDRAM đượ c phân lo i theo bus speed và bandwidth nh sau: ạ ư

 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

DDR2 SDRAM đượ c phân lo i theo bus speed và bandwidth nh sau: ạ ư

 DDR2-400: Còn được gọi là PC2-3200 100 MHz clock, 200 MHz bus với 3200 MB/s

Hình ảnh về SIMM

(Single Inline Memory Module) 24-Chip

DIMM sử dụng trong máy tính

xách tay

SO-DIMM(Small Outline Dual Inline Memory  Module)

Ph n VII ầ

&

 Trên ây s là nh ng s c th đ ẽ ữ ự ố ườ ng g p nh t ặ ấ

1 Sau khi di chuyển máy tính sang một vị trí khác, máy không vào được HĐH.

 Hi n t ệ ượ ng là khi b t máy tính, máy không ch t và ch kêu … ậ ạ ỉ tít…tít…tít…dài ng t quãng ắ

 L i này thông th ỗ ườ ng do quá trình POST (Power On Self Test) có th chân c m b l ng, b n ch vi c tháo ra và c m ể ắ ị ỏ ạ ỉ ệ ắ

l i (có th b n ph i c m vào khe khác n u v n không kh c ạ ể ạ ả ắ ế ẫ ắ

ph c ụ đượ c), đả m b o lau s ch chân c m RAM b ng ả ạ ắ ằ

m t t gi y s ch và m n, chùi d c theo các th ộ ờ ấ ạ ị ọ ớ đồ ng chân ở RAM

 Sau ó, g n l i thanh RAM m t cách c n th n b ng cách đ ắ ạ ộ ẩ ậ ằ

è hai bên u thanh, y nó vào khe c m trên mainboard

L u ý không c g ng dùng s c ư ố ắ ứ để ấ n vào N u c m th y ế ả ấ

k t, có th do b n ã g n sai h ẹ ể ạ đ ắ ướ ng RAM vào chân c m ắ

Ph i ả đả m b o các ch t hai bên cánh ã vào úng kh p hai bên ả ố đ đ ớ hông thanh RAM.

2 Dual Channel

4 Cắm thêm RAM

 Khi c m thêm m t thanh RAM vào h th ng, c n quan tâm ắ ộ ệ ố ầ

n tính t ng thích gi a thanh RAM ó v i mainboard

c a b n, c ng nh kh n ng h tr dung l ủ ạ ũ ư ả ă ỗ ợ ượ ng RAM

t i a là bao nhiêu, lo i RAM gì, bus c a RAM nên nh h n ố đ ạ ủ ỏ ơ