Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 3: Các thiết bị lưu trữ

CHƯƠNG 3 CÁC THIẾT BỊ LƯU TRỮ (STORAGES) MỘT SỐ THIẾT BỊ LƯU TRỮ ROM (Read Only Memory) VÀ RAM (Random Access Memory) Floppy disk driver (FDD) Hard disk driver (HDD) Compact disk driver (CDROM) Flash Memory (USB) Magnetic Tape ROM (Read Only Memory) Khái niệm: Là bộ nhớ chỉ đọc. Không bị mất dữ liệu khi bị mất điện. Đặc điểm của ROM BIOS ROM BIOS chứa phần mềm cấu hình và chẩn đoán hệ thống, các chương trình con nhập/xuất cấp thấp mà DOS sử dụng. Các chương trình này được mã hoá trong ROM và được gọi là phần dẽo (firmware). Một tính năng quan trọng của ROM BIOS là khả năng phát hiện sự hiện diện của phần cứng mới trong máy tính và cấu hình lại hệ điều hành theo Driver thiết bị. Phân loại ROM PROM (Programmable Read Only Memory): là loại ROM mà thông tin chỉ cài đặt một lần. CD có thể được gọi là PROM. EPROM (Erasable Programmable ROM): là ROM nhưng chúng ta có thể xoá và viết lại được. “CD-Erasable” có thể gọi là EPROM. EEPROM (Electronic Erasable Programmable ROM): Ðây là một dạng cao hơn EPROM, đặc điểm khác biệt duy nhất so với EPROM là có thể ghi và xoá thông tin lại nhiều lần bằng software thay vì hardware. Ví dụ: “CD-Rewritable”. Ứng dụng của EEPROM cụ thể nhất là "flash BIOS". Là loại ROM có thể tái cài đặt thông tin (upgrade) bằng phần mềm. (hình bên dưới) Một số ứng dụng của ROM Tạo ra các chíp BIOS để quản lý các thiết bị phần cứng trong quá trình POST. Cho phép sử dụng hay vô hiệu hóa các thiết bị trên mainboard như: IDE, khe PCI, cổng COM, cổng LPT, cổng USB. Chọn Auto: tự độngEnable: cho phépDisable: vô hiệu hóa. RAM (Random Access Memory) Khái niệm: Bộ nhớ RAM ( Random Access Memory - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên ) : Bộ nhớ này lưu các chương trình phục vụ trực tiếp cho quá trình xử lý của CPU, bộ nhớ RAM chỉ lưu trữ dữ liệu tạm thời và dữ liệu sẽ bị xoá khi mất điện. Nguyên tắc hoạt động của RAM Thông tin nhập vào máy sẽ được chứa trong RAM, sau đó CPU sẽ lấy dữ liệu từ RAM để xử lý. Phân loại: SRAM (Static RAM) SRAM là loại RAM lưu giữ data mà không cần cập nhật thường xuyên (static) DRAM (Dynamic RAM) DRAM là loại RAM cần cập nhật data thường xuyên (high refresh rate). SRAM (Static RAM) Đặc điểm: Cho phép truy cập nhanh hơn so với DRAM Các chíp nhớ được làm bằng các transistors (các chuyển mạch) và các tụ điện Transitor SRAM có thể giữ được trạng thái điện SRAM đắt hơn so với DRAM Công nghệ RAM tĩnh DRAM (Dynamic RAM) Đặc điểm: DRAM được lắp trên các mô-đun DIMM, RIMM hoặc SIMM Được cắm trực tiếp vào bo mạch chủ Phân loại DRAM: Dựa vào công nghệ SIMM có 2 loại: loại 30 chân và loại 72 chân DIMM hiện đang được sử dụng với các loại RAM sau: SDRAM, DDRAM, DDRAM2, DDRAM3. RIMM hiện đang sử dụng với loại RAM: RDRAM Các công nghệ SIMM (Single In-Line Memory Module - module bộ nhớ một hàng chân) Các công nghệ DIMM (Dual In-Line Memory Module - module bộ nhớ hai hàng chân) Các công nghệ RIMM DRAM (Dynamic RAM)  Dựa vào các tiêu chuẩn kỹ thuật DRAM (Dynamic RAM) SDRAM (Synchronous DRAM) – công nghệ DIMM DRAM (Dynamic RAM) DDR SDRAM (Double-Data Rate SDRAM – Công nghệ DIMM) DRAM (Dynamic RAM) DDR II SDRAM - Công nghệ DIMM DDRAM2 là bộ nhớ DDRAM thế hệ thứ 2 Có cấu trúc giống DDR nhưng chúng khác nhau về điện thế (DDR2 chỉ 1,8V), số chân (DDR2 tới 240 chân) và tín hiệu. Bộ nhớ đệm nạp sẵn: 4 bit Công nghệ 110,100,90 nm DRAM (Dynamic RAM) DDR III SDRAM - Công nghệ DIMM (Double-data-rate three synchronous dynamic RAM – bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên động đồng bộ tốc độ truyền dữ liệu kép thế hệ 3) Được sản xuất bằng công nghệ 90nm DDR3 có yêu cầu điện năng hoạt động là 1.5v Sử dụng các transistor “dual-gate” để giảm tình trạng rò rỉ dòng điện. Bộ nhớ đệm nạp sẵn (Prefetch buffer) của DDR3 có độ rộng 8bit Thanh DDR3 có 240 chân như DDR2 nhưng lại có vị trí ngắt (dotch) khác DDR2 nên không thể gắn vào các khe DDR2. DRAM (Dynamic RAM) Rambus DRAM (RDRAM) - Công nghệ RIMM DRAM (Dynamic RAM) VRAM (Video RAM) SGRAM (Synchronous Graphic RAM) Là sản phẩm cải tiến của VRAM VRAM Cấu tạo một chíp nhớ trong RAM Các khái niệm RAS ( Row Address Strobe ) Là tín hiệu để xác định địa chỉ nhớ theo hàng. CAS ( Column Address Strobe) là tín hiệu để xác định địa chỉ nhớ theo cột. Address Bus là đường truyền tín hiệu RAS và CAS. Data Bus là đường truyền dữ liệu giữa Memory Controler và chip nhớ. Column Address Decoder: bộ giải mã địa chỉ cột. Row Address Decoder: bộ giải mã địa chỉ hàng. Row(column) addr latch: chốt địa chỉ theo hàng (cột) Write Enable: bộ phận kiểm tra đọc – ghi của ô nhớ. Cấu tạo một chíp nhớ Nguyên lý hoạt động của một chip nhớ Địa chỉ được gửi tới bộ giải mã theo Address bus. Bộ giải mã địa chỉ sẽ giải mã chuỗi bit này thành các địa chỉ hàng -cột cho các bit trong byte tương ứng. Các địa chỉ hàng sẽ đựơc gửi tới bộ giải mã địa chỉ hàng. Các bộ giải mã này sẽ tìm ra hàng tương ứng với ô nhớ cần thao tác, và gửi tín hiệu truy cập hàng : RAS (row address strobe: tín hiệu xác định địa chỉ hàng) đồng thời kích hoạt 1 hàng tương ứng với địa chỉ của RAS Các địa chỉ cột sẽ đựơc gửi tới bộ giải mã địa chỉ cột. Các bộ giải mã này sẽ tìm ra cột tương ứng với ô nhớ cần thao tác, và gửi tín hiệu truy cập cột : CAS (colum address strobe: tín hiệu xác định địa chỉ cột) đồng thời kích hoạt 1 cột tương ứng với địa chỉ của CAS Ô nhớ nào mà tại đó cả tín hiệu CAS và RAS đồng thời đựơc kích hoạt sẽ được xác định và chờ thao tác. Nguyên lý hoạt động của một chip nhớ Mỗi ô nhớ có một bộ phận kiểm tra đọc – ghi (Write Enable), có hai trạng thái Active và Deactice (trạng thái mặc định là Deactive). Nếu tín hiệu Write Enable được gửi tới ô nhớ thì ô nhớ sẽ hiểu là nó đựơc xác định để “ghi". Khi đó transitor sẽ điều khiển để tụ điện phóng điện hoặc nạp điện Nếu tín hiệu Write Enable không được gửi tới ô nhớ thì ô nhớ có thể đựơc xác định để "đọc" Khi đó, trạng thái hiện tại của ô nhớ sẽ đựơc truy xuất ra theo Data bus. Nguyên lý hoạt động của một chip nhớ Các thuộc tính kỹ thuật của RAM Tốc độ bus: được đo bằng MHz, là khối lượng dữ liệu mà RAM có thể truyền trong một lần cho CPU xử lý. Tốc độ lấy dữ liệu: được đo bằng một phần tỷ giây (nanosecond), là khoảng thời gian giữa 2 lần nhận dữ liệu của RAM Dung lượng chứa: được đo bằng MB (MegaByte), thể hiện mức độ dự trữ tối đa dữ liệu của RAM khi RAM hoàn toàn trống RAM ECC (Error Correction Code): Ðây là một kỹ thuật để kiểm tra và sửa lổi trong trường hợp 1 bit nào đó của memory bị sai giá trị trong khi lưu chuyển data. Theo thống kê 1 bit trong memory có thể bị sai giá trị khi chạy trong gần 750 giờ (thường được dùng cho máy chủ). Cách tính băng thông của RAM Ở chế độ Single Channel BandWidth = Bus Speed *8 VD: Với 1 thanh DDR-SDRAM 400 MHZ thì BandWidth = 400 *8 = 3200MB/s vì thế mà người ta còn kí hiệu PC3200 Ở chế độ Dual Channel BandWidth = Bus Speed * 2*8 = Bus Speed * 16 VD: DDR 400 MHz thì Bandwidth = 400*16 = 6400 (PC 6400) Tính dung lượng RAM Thông thường RAM có hai chỉ số, ví dụ: 32Mx4, 32Mx64, … Trong đó: 32 M -> biểu thị số hàng tính bằng megabit 4 -> biểu thị số cột. Công thức tính dung lượng RAM như sau: Dung lượng = số hàng x số cột /8 (megabytes) VD: Một thanh RAM có thông số: 8M x 64 Dung lượng = 8*64/8 = 64 MB Chọn RAM cho PC Áp dụng công thức: Bus RAM >= 50% Bus CPU (FSB).