Bài tập lớn Kiến trúc máy tính - Công Nghệ Thông Tin | Đại học Mỏ – Địa chất

Bài tập lớn Kiến trúc máy tính MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ..................................................................................II
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.............................................................................II
MỞ ĐẦU...................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH............................................2
1.1 Chức năng.......................................................................................................2
1.2 Cấu trúc........................................................................................................... 3
CHƯƠNG 2 RAM.....................................................................................................8
2.1 Hoạt động của bộ nhớ.....................................................................................8
2.2 RAM.............................................................................................................10
2.2.1 Cấu trúc DRAM và SRAM....................................................................10
2.3 Tổ chức của bộ nhớ.......................................................................................15
Tổ chức bộ nhớ SRAM...................................................................................16
Tổ chức bộ nhớ DRAM..................................................................................16
Tổ chức DRAM nâng cao...............................................................................17
SDRAM..........................................................................................................17
DDR SDRAM.................................................................................................19
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................22 Nguyễn Thái Châu I Lớp DCCTCLC66A1 (2121050525)
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1 Máy tính: Cấu trúc cấp cao nhất.................................................................3
Hình 1-2 Các yếu tố chính của một máy tính đa lõi...................................................5
Hình 1-3 Bộ xử lý zEnterprise EC12 (PU) Sơ đồ chip..............................................6
Hình 1-4 zEnterprise EC12 Bố cục cốt lõi.................................................................6
Hình 2-1 Hoạt động của ô nhớ..................................................................................8
Hình 2-2 Phần tử nhớ DRAM 1 bit..........................................................................11
Hình 2-3 Phần tử nhớ DRAM 1 bit.........................................................................13
Hình 2-4 Đặc tính và giá thành của SRAM và DRAM............................................14
Hình 2-5 Giao tiếp giữa bộ xử lý và bộ nhớ............................................................15
Hình 2-6 Tổ chức bộ nhớ SRAM............................................................................16
Hình 2-7 Tổ chức bộ nhớ DRAM............................................................................16
Hình 2-8 RAM động đồng bộ 256Mb.....................................................................17
Hình 2-9 Thời gian đọc SDRAM (Độ dài liên tục = 4, độ trễ = 2)..........................19
Hình 2-10 các thế hệ DDR......................................................................................20
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1 Các loại bộ nhớ bán dẫn.............................................................................9
Bảng 2-2 Giải thích thuật ngữ RAM động đồng bộ (Hình 2-8)...............................18
Bảng 2-3 Đặc điểm DDR.........................................................................................20 Nguyễn Thái Châu II Lớp DCCTCLC66A1 (2121050525)
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính Nguyễn Thái Châu III Lớp DCCTCLC66A1 (2121050525)
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính MỞ ĐẦU
Kiến trúc máy tính đề cập đến những thuộc tính của một hệ thống mà một lập
trình viên có thể nhìn thấy được hay nói cách khác là những thuộc tính có tác động
trực tiếp đến việc thực thi logic của một chương trình. Một thuật ngữ thường được
sử dụng thay thế cho kiến trúc máy tính là kiến trúc tập lệnh (ISA). ISA xác định
các định dạng hướng dẫn, mã lệnh, thanh ghi, lệnh và bộ nhớ dữ liệu; ảnh hưởng
của các lệnh được thực thi trên thanh ghi và bộ nhớ; và một thuật toán để kiểm soát
việc thực thi lệnh. Tổ chức máy tính đề cập đến các đơn vị hoạt động và các kết nối
của chúng để thực hiện các đặc điểm kiến trúc. Ví dụ về các thuộc tính kiến trúc bao
gồm tập lệnh, số lượng bit được sử dụng để biểu diễn các kiểu dữ liệu khác nhau (ví
dụ: số, ký tự), cơ chế I / O và kỹ thuật định địa chỉ bộ nhớ. Các thuộc tính của tổ
chức bao gồm các chi tiết phần cứng trong suốt đối với người lập trình, chẳng hạn
như các tín hiệu điều khiển; giao diện giữa máy tính và thiết bị ngoại vi; và công
nghệ bộ nhớ được sử dụng.
Trong lịch sử, và cho đến ngày nay, sự khác biệt giữa kiến trúc và tổ chức là
một điều quan trọng. Nhiều nhà sản xuất máy tính cung cấp một nhóm mô hình máy
tính, tất cả đều có cùng kiến trúc nhưng có sự khác biệt về tổ chức. Do đó, các mô
hình khác nhau trong gia đình có giá cả và đặc điểm hiệu suất khác nhau. Hơn nữa,
một kiến trúc cụ thể có thể kéo dài nhiều năm và bao gồm một số mô hình máy tính
khác nhau, tổ chức của nó thay đổi theo công nghệ thay đổi. Một ví dụ nổi bật của
cả hai hiện tượng này là kiến trúc Hệ thống IBM / 370. Kiến trúc này được giới
thiệu lần đầu tiên vào năm 1970 và bao gồm một số mô hình. Khách hàng có yêu
cầu khiêm tốn có thể mua một mô hình rẻ hơn, chậm hơn và, nếu nhu cầu tăng lên,
sau đó nâng cấp lên một mô hình đắt hơn, nhanh hơn mà không cần phải từ bỏ phần
mềm đã được phát triển. Trong những năm qua, IBM đã giới thiệu nhiều mô hình
mới với công nghệ cải tiến để thay thế các mô hình cũ hơn, mang đến cho khách
hàng tốc độ cao hơn, chi phí thấp hơn hoặc cả hai. Các mô hình mới hơn này vẫn
giữ nguyên kiến trúc để khoản đầu tư vào phần mềm của khách hàng được bảo vệ.
Đáng chú ý, kiến trúc System / 370, với một vài cải tiến, đã tồn tại cho đến ngày
nay như là kiến trúc của dòng sản phẩm máy tính lớn của IBM.
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Máy tính là một hệ thống phức tạp; máy tính đương đại chứa hàng triệu linh
kiện điện tử cơ bản. Điều quan trọng là nhận ra bản chất phân cấp của hầu hết các
hệ thống phức tạp, bao gồm cả máy tính [SIMO96]. Hệ thống phân cấp là một tập
hợp các hệ thống con có liên quan với nhau, mỗi hệ thống sau này lần lượt phân cấp
theo cấu trúc cho đến khi chúng ta đạt đến mức thấp nhất của hệ thống con cơ bản. [ CITATION NXB09 \l 1033 ]
Bản chất phân cấp của các hệ thống phức tạp là điều cần thiết cho cả thiết kế
và mô tả của chúng. Người thiết kế chỉ cần xử lý một mức cụ thể của hệ thống tại
một thời điểm. Ở mỗi cấp độ, hệ thống bao gồm một tập hợp các thành phần và mối
quan hệ giữa chúng với nhau. Hành vi ở mỗi cấp chỉ phụ thuộc vào đặc tính được
đơn giản hóa, trừu tượng hóa của hệ thống ở cấp thấp hơn tiếp theo. Ở mỗi cấp độ,
người thiết kế quan tâm đến cấu trúc và chức năng. 1.1 Chức năng
Về bản chất, cả cấu trúc và hoạt động của một máy tính đều đơn giản. Nói
chung, chỉ có bốn chức năng cơ bản mà máy tính có thể thực hiện:
 Xử lý dữ liệu: Dữ liệu có thể có nhiều dạng khác nhau và phạm vi yêu cầu
xử lý cũng rộng. Tuy nhiên, chúng ta sẽ thấy rằng chỉ có một số phương pháp
hoặc kiểu xử lý dữ liệu cơ bản.
 Lưu trữ dữ liệu: Ngay cả khi máy tính đang xử lý dữ liệu đang bay (tức là dữ
liệu đến và được xử lý, và kết quả sẽ xuất hiện ngay lập tức), máy tính phải
tạm thời lưu trữ ít nhất những dữ liệu đó. phần dữ liệu đang được xử lý tại
bất kỳ thời điểm nào. Như vậy, có ít nhất một chức năng lưu trữ dữ liệu ngắn
hạn. Một điều quan trọng không kém, máy tính thực hiện chức năng lưu trữ
dữ liệu lâu dài. Các tập tin dữ liệu được lưu trữ trên máy tính để phục vụ cho
việc truy xuất và cập nhật sau này.
 Di chuyển dữ liệu: Môi trường hoạt động của máy tính bao gồm các thiết bị
đóng vai trò là nguồn hoặc đích của dữ liệu. Khi dữ liệu được nhận hoặc gửi
đến một thiết bị được kết nối trực tiếp với máy tính, quá trình này được gọi
là đầu vào - đầu ra (I / O) và thiết bị được coi là thiết bị ngoại vi. Khi dữ liệu
được di chuyển trong khoảng cách xa hơn, đến hoặc từ một thiết bị từ xa, quá
trình này được gọi là truyền thông dữ liệu.
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
 Điều khiển: Trong máy tính, bộ điều khiển quản lý tài nguyên của máy tính
và điều phối hoạt động của các bộ phận chức năng của nó theo hướng dẫn. 1.2 Cấu trúc
MÁY TÍNH MỘT BỘ XỬ LÝ ĐƠN GIẢN
Hình 1-1 Máy tính: Cấu trúc cấp cao nhất
Hình 1-1 cung cấp một cái nhìn phân cấp về cấu trúc bên trong của một máy tính bộ
xử lý đơn truyền thống. Có bốn thành phần cấu trúc chính:
 Khối xử lý trung tâm (CPU): Điều khiển hoạt động của máy tính và thực
hiện các chức năng xử lý dữ liệu của nó; thường được gọi đơn giản là bộ xử lý.
 Bộ nhớ chính: Lưu trữ dữ liệu.
 I/O: Di chuyển dữ liệu giữa máy tính và môi trường bên ngoài.
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
 Kết nối hệ thống: Một số cơ chế cung cấp giao tiếp giữa CPU, bộ nhớ chính
và I / O. Một ví dụ phổ biến về kết nối hệ thống là bằng một bus hệ thống,
bao gồm một số dây dẫn mà tất cả các thành phần khác gắn vào.
 Khối điều khiển: Điều khiển hoạt động của CPU và do đó là máy tính.
 Đơn vị số học và logic (ALU): Thực hiện các chức năng xử lý dữ liệu của máy tính.
 Thanh ghi: Cung cấp bộ nhớ trong cho CPU.
 Kết nối CPU: Một số cơ chế cung cấp giao tiếp giữa đơn vị điều khiển, ALU và thanh ghi.
CẤU TRÚC MÁY TÍNH ĐA LÕI
 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU): Phần máy tính tìm nạp và thực thi các
lệnh. Nó bao gồm một ALU, một đơn vị điều khiển và các thanh ghi. Một
hệ thống với một đơn vị xử lý duy nhất thường được gọi đơn giản là một bộ xử lý.
 Core: Một đơn vị xử lý riêng lẻ trên chip xử lý. Một lõi có thể có chức
năng tương đương với một CPU trên hệ thống một CPU. Các đơn vị xử lý
chuyên biệt khác, chẳng hạn như một đơn vị được tối ưu hóa cho các hoạt
động vectơ và ma trận, cũng được gọi là lõi.
 Bộ xử lý: Một miếng silicon vật lý chứa một hoặc nhiều lõi. Bộ xử lý là
thành phần máy tính thông dịch và thực hiện các lệnh. Nếu một bộ xử lý
chứa nhiều lõi, nó được gọi là bộ xử lý đa lõi.
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
Hình 1-2 Các yếu tố chính của một máy tính đa lõi
 Logic lệnh: Điều này bao gồm các nhiệm vụ liên quan đến việc tìm nạp các
lệnh và giải mã từng lệnh để xác định thao tác lệnh và vị trí bộ nhớ của bất kỳ toán hạng nào.
 Đơn vị số học và logic (ALU): Thực hiện hoạt động được chỉ định bởi một lệnh.
 Logic tải / lưu trữ: Quản lý việc truyền dữ liệu đến và đi từ bộ nhớ chính thông qua bộ nhớ đệm.
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
Hình 1-3 Bộ xử lý zEnterprise EC12 (PU) Sơ đồ chip
Hình 1-4 zEnterprise EC12 Bố cục cốt lõi
 IDU (đơn vị giải mã lệnh): IDU được cấp từ bộ đệm IFU và chịu trách nhiệm
phân tích và giải mã tất cả các mã hoạt động z / Architecture.
 LSU (bộ lưu trữ tải): LSU chứa bộ đệm dữ liệu 96-kB L1, 1 và quản lý lưu
lượng dữ liệu giữa bộ đệm dữ liệu L2 và các đơn vị thực thi chức năng. Nó
chịu trách nhiệm xử lý tất cả các kiểu truy cập toán hạng ở mọi độ dài, chế
độ và định dạng như được định nghĩa trong z / Architecture.
 XU (đơn vị dịch): Đơn vị này dịch các địa chỉ logic từ các lệnh thành địa chỉ
vật lý trong bộ nhớ chính. XU cũng chứa một bộ đệm nhìn sang một bên bản
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
dịch (TLB) được sử dụng để tăng tốc độ truy cập bộ nhớ. TLB được thảo luận trong Chương 8.
 FXU (đơn vị điểm cố định): FXU thực hiện các phép toán số học điểm cố định.
 BFU (đơn vị dấu phẩy động nhị phân): BFU xử lý tất cả các phép toán dấu
phẩy động nhị phân và thập lục phân, cũng như các phép toán nhân điểm cố định.
 DFU (đơn vị dấu phẩy động thập phân): DFU xử lý cả hoạt động dấu phẩy
động và dấu phẩy cố định trên các số được lưu trữ dưới dạng chữ số thập phân.
 RU (bộ khôi phục): RU giữ một bản sao của trạng thái hoàn chỉnh của hệ
thống bao gồm tất cả các thanh ghi, thu thập các tín hiệu lỗi phần cứng và
quản lý các hành động khôi phục phần cứng.
 COP (bộ đồng xử lý chuyên dụng): COP chịu trách nhiệm nén và mã hóa dữ liệu cho mỗi lõi.
 I-cache: Đây là bộ đệm lệnh L1 64-kB, cho phép IFU tìm nạp trước các lệnh
trước khi chúng cần thiết.
 Điều khiển L2: Đây là logic điều khiển quản lý lưu lượng thông qua hai bộ đệm L2.
 Data-L2: Bộ nhớ đệm dữ liệu L2 1 MB cho tất cả lưu lượng bộ nhớ khác với lệnh.
 Hướng dẫn L2: Bộ nhớ đệm lệnh L2 1 MB
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính CHƯƠNG 2 RAM
2.1 Hoạt động của bộ nhớ
Phần tử cơ bản của bộ nhớ bán dẫn là ô nhớ. Mặc dù nhiều công nghệ điện tử
được sử dụng, tất cả các ô nhớ bán dẫn đều có chung một số thuộc tính:
 Chúng thể hiện hai trạng thái ổn định, có thể được sử dụng để biểu diễn nhị phân 1 và 0
 Chúng có khả năng được viết thành (ít nhất một lần), để thiết lập trạng thái.
 Chúng có khả năng được đọc để cảm nhận trạng thái.
Hình 2-5 Hoạt động của ô nhớ
Hình 2-1 mô tả hoạt động của một ô nhớ. Thông thường nhất, tế bào có ba thiết bị
đầu cuối chức năng có khả năng mang tín hiệu điện. . Như tên cho thấy, đầu cuối
chọn sẽ chọn một ô nhớ cho thao tác đọc hoặc ghi. Đầu cuối điều khiển cho biết đọc
hoặc ghi. Để ghi, đầu cuối kia cung cấp tín hiệu điện đặt trạng thái của ô thành 1
hoặc 0. Để đọc, đầu cuối đó được sử dụng cho đầu ra của trạng thái ô.
Thông thường ta ta sẽ phân ra làm 2 hoạt động chính là:
 Hoạt động ghi dữ liệu.
 Hoạt động đọc dữ liệu.
Giữa ghi (write) và đọc (read) chúng ta có một đường chung là chọn (select)
nhưng khác nhau là dữ liệu trong (data in) và cảm nhận (sense).
 Cảm nhận (sense) sẽ cảm nhận thông tin được ghi trên ô nhớ này mức 0 hay
mức 1 và từ sense này ta đưa ra các trạng thái logic và đưa vào phần cứng
khác hoặc đưa vào bộ xử lý,...
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
 Dữ liệu trong (Data in): Là khi ta muốn ghi vào ô nhớ ở trạng thái mức cao
hay mức thấp, Mức 0 hay mức 1.
 Chọn (Select): Ta có một mảng các bộ nhớ (Memory array) chứa nhiều các
cell. Để truy cập vào trong các cell này, ta phải có 1 đường dữ liệu chọn
(select) để chọn những vùng nhớ đó, ô nhớ đó để bắt đầu thao tác là ghi dữ liệu.
 Điều khiển (Control): Điều khiển hoạt động 1 là đọc 2 là ghi. Memory Type Category Erasure Write Volatility Mechanism Random-access Read-write Electrically, Electrically Volatile memory (RAM) memory byte-level Read-only Masks memory (ROM) Read-only Not possible Programmable memory ROM (PROM) Erasable PROM UV light, chip- (EPROM) level Nonvolatile Electrically Electrically Read-mostly Electrically, Erasable PROM memory byte-level (EEPROM) Flash memory Electrically, block-level
Bảng 2-1 Các loại bộ nhớ bán dẫn
Bảng 2.1 Liệt kê các loại bộ nhớ bán dẫn chính. Phổ biến nhất được gọi là bộ
nhớ truy xuất ngẫu nhiên (Random-access memory) hay còn được gọi là RAM. Và
một số bộ nhớ đọc để lưu chương trình (read-only memory) hay còn được gọi là ROM
Điểm giống và khác biệt giữa RAM và phần còn lại là:
 RAM là bộ nhớ có khả năng vừa ghi vừa
đọc (Read-write memory)
khác với phần còn lại bộ nhớ chỉ đọc (Read-only memory) và bộ nhớ
chủ yếu là đọc (Read-mostly memory)
 Erasure (Dọn dẹp): RAM có thể xoá được nội dung của bộ nhớ này (Electrically, byte-level).
 Cơ chế của RAM là ghi bằng điện.
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
 Đặc tính là bay hơi (Volatility): dữ liệu ghi trên bộ nhớ này sẽ bị mất đi,
không còn lưu trữ được nếu như nguồn cung cấp cho bộ nhớ này bị
ngắt quãng. Trái ngược với bộ nhớ RAM, thì bộ nhớ ROM có thể lưu
trữ được dữ liệu kể cả khi nguồn cung cấp không còn nữa (Nonvolatile).
 Và điểm chung nhất giữa RAM và phần còn lại: đều là bộ nhớ bán dẫn,
và có chức năng là lưu trữ dữ liệu và lệnh. 2.2 RAM
Công nghệ RAM được chia thành hai công nghệ:
 RAM động (Dynamic RAM) hay còn được gọi là DRAM
 RAM tĩnh (Static RAM) hay còn được gọi là SRAM.
2.2.1 Cấu trúc DRAM và SRAM
Cấu trúc RAM động (DRAM-Dynamic RAM)
 Yếu tố lưu trữ dữ liệu cơ chế là dùng tụ điện để lưu trữ trạng thái nạp.
 Nếu như trạng thái của tụ điện mà nó được nạp thì dữ liệu trên nó ở mức 1.
Còn nếu như tụ điện trên DRAM này ko được nạp (rỗng) thì nó ở mức 0. Sự
hiện diện hoặc không có điện tích trong tụ điện được hiểu là một hệ nhị phân 1 hoặc 0
 Vì điện tích trên tụ điện sẽ bị rò, vì thế chúng ta phải có một cơ chế nào đó
để duy trì thông tin được nạp trên tụ điện này. Thì cơ chế đó là charge
refreshing trên tụ điện (capacitors).
 Thuật ngữ động lực học (Dynamic) đề cập đến xu hướng điện tích được lưu
trữ bị rò rỉ ra ngoài, ngay cả khi nguồn điện được cấp liên tục.
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
Hình 2-6 Phần tử nhớ DRAM 1 bit
Hình 2-2 là cấu trúc DRAM điển hình cho một ô riêng lẻ lưu trữ một bit.
Bộ nhớ DRAM được tổ chức thành một ma trận nhớ (thường là ma trận
vuông), trong đường địa chỉ (Adress line) là một trong các dây hàng của ma trận,
còn đường bit (Bit Line) là một trong các dây cột. Phần tử nhớ được đặt ở giao điểm
của các dây hàng và cột.
Phần tử nhớ được đặt ở giao điểm của dây hàng và cột. Transistor hoạt động
như là một khoá điện tử. Transistor có 3 cực là cực cổng G (Gate) nằm phía về phía
đường địa chỉ (Adress line), cực máng D (Drain) nằm về phía đường Bit (Bit line)
và cực nguồn S (Source) nằm về phía tụ của điện. Trong đó cực G (Gate) là cực
điều khiển, D sẽ được nối với S khi G có mức điện áp cao (1) so với S, ngược lại thì
điện trở giữa D và S sẽ rất lớn.  Việc ghi (Write)
Khi đường địa chỉ có mức tích cực (1), T ở trạng thái mở, nối tụ điện C với
đường bit bit. Nếu thao tác là ghi thì giá trị cần phải đặt trên đường bit. Nếu giá
trị đó là 1 thì tụ C sẽ được nạp tới điện áp ứng với giá trị 1 trên đường bit, còn
nếu giá trị đó là 0 thì tụ C sẽ bị phóng hết điện tích, tức là có giá trị 0.  Việc đọc (Read)
Việc đọc phức tạp hơn ghi một chút do tụ điện tích trên tụ C ứng với giá trị
cần đọc rất nhỏ. Trước khi đặt đường địa chỉ lên mức tích cực, cần phải đặt lên
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
đường bit điện áp bằng 1/2 mức chênh lệch giữa điện áp ứng với mức 0 và điện
áp ứng với mức 1. Điện áp trên tụ sẽ làm cho điện áp trên đường bit thay đổi
một chút theo chiều hướng tăng hoặc giảm, tuỳ thuộc vào việc nó đang nhớ giá
trị (high) hay 0 (low). Sự thay đổi nhỏ của điện áp trên đường bit sẽ được truyền
tới đầu vào của một bộ khuếch đại nhạy, tại đầu ra của nó ta nhận được điện áp
ứng với giá trị của bit chứa trên tụ C.  Làm tươi (Refresh)
Vì mọi tụ điện đều có một điện trở rò và transistor T mắc nối tiếp với
nó dù ở trạng thái cấm cũng có một điện trở nhất định, cho nên khi được nạp,
điện tích trên tụ C liên tục bị phóng, sau một khoảng thời gian nhất định sẽ
làm mất thông tin mất thông tin mà C chứa. Chính vì vậy cần phải nạp điện
lại cho tụ C trước khi điện áp trên tụ giảm thấp hơn một ngưỡng nào đó, việc
này còn được gọi là “làm tươi” (refresh). Để làm tươi ô nhớ DRAM, cần
phải đọc nội dung của nó rồi viết trở lại. Việc làm tươi phải được tiến hành
đều đặn theo một chu kỳ nhất định, gọi là chu kỳ làm tươi; Tên gọi RAM
động (Dynamic RAM) xuất phát từ hoạt động này.
Cấu trúc RAM tĩnh (SRAM-Static RAM)
Ngược lại, RAM tĩnh (SRAM) là một thiết bị kỹ thuật số sử dụng cùng các phần
tử logic được sử dụng trong bộ xử lý.
 Trong SRAM, các giá trị nhị phân được lưu trữ bằng cách sử dụng cấu hình
cổng logic flip-flop truyền thống.
 RAM tĩnh sẽ giữ dữ liệu của nó miễn là nguồn được cung cấp cho nó.
 Khi phần tử nhớ đã được thiết lập giá trị thì nó nhớ mãi cho đến khi chúng ta
thiết lập cho nó một giá trị mới.
Vì thế người ta gọi nó là phần tử nhớ RAM tĩnh (Static Random Access
Memory). Bộ nhớ được xây dựng từ các phần tử 1 bit như vậy được gọi là bộ nhớ RAM tĩnh.
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
Hình 2-7 Phần tử nhớ DRAM 1 bit
Hình 2-3 thể hiện cấu trúc của 1 bit nhớ SRAM, được sử dụng 6 Transistor
được kí hiệu từ T1 đến T6. Trong đó có 4 Transistor NPN là T1 đến T4 và 2
Transistor PNP là T5 và T6 hoạt động như 2 công tắc điện tử để kết nối đường Bit
line và đường C1 cũng như là đường Bit line và đường C2.
Ở trạng thái logic 1, điểm C1 cao (1) và điểm C2 thấp (0); ở trạng thái này,
T1 và T4 tắt và T2 và T3 đang bật.1 Ở trạng thái logic 0, điểm C1 ở mức thấp (0) và
điểm C2 ở mức cao (1); ở trạng thái này, T1 và T4 đang bật và T2 và T3 tắt. Cả hai
trạng thái đều ổn định miễn là đặt điện áp dòng điện một chiều (một chiều). Không
giống như DRAM, không cần làm mới để giữ lại dữ liệu.
Như trong DRAM, dòng địa chỉ SRAM được sử dụng để mở hoặc đóng một
công tắc. Dòng địa chỉ điều khiển hai bóng bán dẫn (T5 và T6). Khi một tín hiệu
được áp dụng cho đường này, hai bóng bán dẫn được bật, cho phép hoạt động đọc
hoặc ghi. Đối với hoạt động ghi, giá trị bit mong muốn được áp dụng cho dòng B,
trong khi phần bù của nó được áp dụng cho dòng B. Điều này buộc bốn bóng bán
dẫn (T1, T2, T3, T4) ở trạng thái thích hợp. Đối với thao tác đọc, giá trị bit được đọc từ dòng B.
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
So sánh bộ nhớ SRAM và bộ nhớ DRAM
Hình 2-8 Đặc tính và giá thành của SRAM và DRAM
Hình 2-4 cho ta thấy được khác nhau về đặc tính và giá thành giữa SRAM và DRAM.
Điểm giống nhau giữa SRAM và DRAM:
Cả SRAM và DRAM đều dễ bay hơi; nghĩa là, nguồn điện phải được cung cấp liên
tục cho bộ nhớ để bảo toàn các giá trị bit.
Điểm khác nhau giữa SRAM và DRAM: RAM Động
 Đơn giản hơn để xây dựng, nhỏ hơn
 Mật độ tích hợp dày hơn (ô nhỏ hơn => nhiều ô hơn trên một đơn vị diện tích)  Ít tốn kém hơn
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
 Yêu cầu mạch làm tươi (refresh circuitry) dùng để tránh bị rò trên những con
tụ và vì thế nó cũng là một điểm hạn chế của DRAM làm cho tốc độ truy
xuất của bộ nhớ DRAM này chậm hơn so với SRAM
 Có xu hướng được ưa chuộng cho lớn cho các yêu cầu bộ nhớ
 Được sử dụng cho bộ nhớ chính. RAM Tĩnh
 Vì bộ nhớ RAM Tĩnh không yêu cầu về mặt làm tươi (refresh) cho nên tốc
độ của SRAM nhanh hơn so với DRAM
 Do những đặc điểm tương đối này, SRAM được sử dụng cho bộ nhớ đệm (cả chip bật và tắt)
2.3 Tổ chức của bộ nhớ
Hình 2-9 Giao tiếp giữa bộ xử lý và bộ nhớ
Hình 2-5 mô tả quá trình giao tiếp giữa bộ xử lý và bộ nhớ, phần bên trái là
bộ xử lý (Processor) và bên phải là bộ nhớ (Memory). Các đường tín hiệu giao tiếp
giữa bộ xử lý và bộ nhớ bao gồm các đường địa chỉ (address) và đường dữ liệu
(data). Bên cạnh đó ta có tín hiệu điều khiển (Control lines) như là R/W ( Read và Write).
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
Tổ chức bộ nhớ SRAM
Hình 2-10 Tổ chức bộ nhớ SRAM
Hình 2-6 minh hoạ cho tổ chức bộ nhớ SRAM, đầu vào là các đường địa chỉ theo
hàng (row address) và cột (column address). Và mỗi giao điểm của row address và
column address đại diện cho 1 bit nhớ SRAM
Tổ chức bộ nhớ DRAM
Hình 2-11 Tổ chức bộ nhớ DRAM
Hình 2-7 mô tả tổ chức của bộ nhớ DRAM, mỗi bit nhớ (Giao điểm của hàng
và cột) được cấu tạo bởi 1-T DRAM Cell.
Bài tập lớn Kiến trúc máy tính
Tổ chức DRAM nâng cao
 Một trong những điểm nghẽn hệ thống quan trọng nhất khi sử dụng bộ vi xử
lý hiệu suất cao là giao diện với bộ nhớ chính bên trong.
 Chip DRAM truyền thống bị hạn chế bởi cả kiến trúc bên trong và giao diện
của nó với bus bộ nhớ của bộ xử lý.
 Một số cải tiến đối với kiến trúc DRAM cơ bản đã được khám phá và hiện
đang thống trị thị trường là RAM động đồng bộ (Synchronous dynamic
random access - SDRAM) và RAM động đồng bộ gấp đôi (Double Data Rate SDRAM - DDR-DRAM) SDRAM
Không giống như DRAM truyền thống, không đồng bộ, SDRAM trao đổi dữ
liệu với bộ xử lý được đồng bộ hóa với tín hiệu xung nhịp bên ngoài và chạy ở tốc
độ tối đa của bộ xử lý / bus bộ nhớ mà không áp đặt trạng thái chờ. Tốc độ SDRAM
đạt từ 66-133MHz (thời gian thâm nhập bộ nhớ từ 75ns150ns).
Hình 2-8 minh hoạ sơ đồ khối của RAM đồng bộ (SDRAM) 256Mb
Hình 2-12 RAM động đồng bộ 256Mb