BỘ NHỚ CHÍNH

VŨ NGỌC THANH SANG

TRỊNH TẤN ĐẠT
KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN
ĐẠI HỌC SÀI GỊN
Email:
Website: />

Giới thiệu
1. Tổng quan về bộ nhớ
2. Phân loại bộ nhớ

3. Cấu trúc bộ nhớ
4. Bộ nhớ chính
5. Các chế độ định địa chỉ
6. Bộ nhớ cache
7. Bộ nhớ ngoài
8. Bộ nhớ ảo
9. Bộ nhớ bán dẫn
Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


TỔNG QUAN VỀ BỘ NHỚ - CẤU TRÚC

• Thanh ghi (register)
• Là bộ nhớ nằm trên chính CPU.
• Cung cấp khả năng truy cập thơng tin tức thời.

• Chỉ chứa thơng tin quan trọng (vì khơng gian trên CPU bị giới hạn)

• Bộ nhớ đệm (cache)
• Được đặt gần thanh ghi hơn bộ nhớ chính.
• Duy trì bản sao của một phần của bộ nhớ chính.
• Cho phép truy cập nhanh hơn một số thông tin

Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


TỔNG QUAN VỀ BỘ NHỚ - CẤU TRÚC

• Bộ nhớ chính - (RAM)
• Bộ nhớ vật lý

• Chạy chậm hơn so với CPU
• Cần nguồn điện để duy trì trạng thái và lưu trữ thơng tin.
• Chỉ chứa thơng tin quan trọng (vì khơng gian trên CPU bị giới hạn)

• Bộ nhớ thứ cấp (disk)
• Ổ cứng thể rắn (solid state disk, SSD), ổ cứng (hard dis drive, HDD), cloud, ...
• Lưu trữ thơng tin thời gian dài, khơng bị mất thơng tin khi mất điện.
• Chi phí thấp
Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính



TỔNG QUAN VỀ BỘ NHỚ - CẤU TRÚC


TỔNG QUAN VỀ BỘ NHỚ - CẤU TRÚC


BỘ NHỚ ĐỆM

• Đây là bộ nhớ bán dẫn có tốc độ nhanh và chúng được đặt giữa CPU và bộ nhớ chính nằm tăng tốc
truy xuất của CPU tới bộ nhớ chính.

• Mỗi vị trí của bộ nhớ đệm lưu trữ một khối dữ liệu của bộ nhớ chính.
• Hầu hết ở các bộ xử lý, bộ nhớ đếm được đặt bên trong CPU và được gọi là L1.
• Có hai loại bộ nhớ đệm bên trong CPU:
o Bộ nhớ đệm dữ liệu (Data Cache, D – Cache): lưu dữ liệu và có thể đọc/ ghi bởi CPU.
o Bộ nhớ đệm câu lệnh (Intrucstrion cache, I – Cache): Lưu các câu lệnh và CPU chỉ có thể đọc.

• Cache L2 và L3: chung cho lệnh và dữ liệu

• Mục đích: Tăng hiệu suất truy cập bộ nhớ chính

Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


CACHE CẤP 2 VÀ 3 – L2, L3

• L2: dung lượng 128K, 256K. Nằm giữa CPU
và RAM, thường có cấu tạo bằng RAM tĩnh,


tốc độ truy xuất nhanh vì khơng cần thời
gian làm tươi dữ liệu.
• L3: là vùng nhớ DRAM dùng làm vùng đệm

truy xuất cho đĩa cứng và các thiết bị ngoại
vi. Tốc độ L3 chính là tốc độ truy xuất

Tổ chức bộ nhớ đệm 3 cấp độ

DRAM.

Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


MỘT SỐ THUẬT NGỮ CỦA BỘ NHỚ ĐỆM

• Miss: Khi CPU truy cập bộ nhớ nhưng dữ liệu không nằm trong bộ nhớ đệm ➔ cache miss.
• Hit: Khi CPU truy cập bộ nhớ và có dữ liệu nằm trong bộ nhớ ➔ cache hit.

• Hit ratio: (số lượng hits / số lượng miss) + số lượng hits (tổng số lượng đã đọc).
• Block: Bao gồm các vị trí của bộ nhớ chính.
• Physical address (Địa chỉ vật lý): Được tạo bởi CPU để truy cập bộ nhớ chính.

• Virtual address(Địa chỉ ảo): Được tạo bởi CPU để trụy cập bộ nhớ ảo và bộ nhớ thứ cấp.
• Cache line/ Cache block: Lưu trữ các byte hoặc ký tự, kích thước của mỗi dịng bằng với kích thước của mỗi
khối trong bộ nhớ chính.
• Temporal locality: Lưu trữ các đường trích dẫn vị trí bộ nhớ để có thể sử dụng lại trong tương lai gần.

• Spatial locality: Khi vị trí bộ nhớ được truy cập, các vị trí bộ nhớ lân cận cũng sẽ được truy cập sớm.

Khoa Công Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


BỘ NHỚ BÁN DẪN

Kiểu bộ nhớ

Phân loại

Khả năng xóa

Cơ chế ghi

Tính bay hơi

Ramdom Access Memory
(RAM)

Bộ nhớ đọc
và ghi

Bằng điện
• Từng byte

Bằng điện


Bay hơi

Read Only Memory
(ROM)
Programmable ROM
(PROM)

Erasable PROM
(EPROM)
Ellectrically Eraseable PROM
(EEPROM)
Flash memory

Bộ nhớ
chỉ đọc

Bộ nhớ
hầu như
chỉ đọc
Bộ nhớ đọc
và ghi

Mặt nạ
Khơng xóa được

Bằng tia cực tím
• Xóa cả chip
Bằng điện
• Xóa từng byte
Bằng điện

• Từng khối

Khơng bay hơi
Bằng điện


BỘ NHỚ BÁN DẪN – READ ONLY MEMORY

• Chỉ có thể đọc. Thường được sử dụng khi khởi động máy tính và chứa hệ thống
BIOS.
• Khơng xóa hoặc sửa được nội dung khi sử dụng.
• Ứng dụng:
o Thư viện các chương trình con.
o Phần mềm kiểm tra khi bật máy POST (Power On Self Test).
o Phần mềm khởi động máy tính (OS loader).
o Vi chương trình.

Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


BỘ NHỚ BÁN DẪN – READ ONLY MEMORY

• Chỉ có thể đọc. Thường được sử dụng khi khởi động máy tính và chứa hệ thống
BIOS.
• Khơng xóa hoặc sửa được nội dung khi sử dụng.
• Ứng dụng:
o Thư viện các chương trình con.
o Phần mềm kiểm tra khi bật máy POST (Power On Self Test).

o Phần mềm khởi động máy tính (OS loader).
o Vi chương trình.

Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


BỘ NHỚ BÁN DẪN – PHÂN LOẠI ROM

• PROM – Programmable Read Only memory:
o Khi sản xuất chưa có nội dung (ROM trắng).
o Cần thiết bị chuyên dụng để ghi .
o Cho phép ghi được một lần, gọi là OTP (One Time Programmable) hoặc WORM (Write-Once-

Read-Many).

• EPROM – Erasable PROM:
o Có thể xóa bằng tia cực tím UV (Ultra Violet)

o Cần thiết bị chuyên dụng để ghi
o Ghi/ xoá được nhiều lần
Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


BỘ NHỚ BÁN DẪN – PHÂN LOẠI ROM

• EEPROM – Electrically Erasable PROM:

o Có thể xóa một byte bất cứ lúc nào bằng mạch điện thay vì xóa tồn bộ chip bằng tia cực
tím.
o Có thể ghi theo từng byte
o 2 chế độ điện áp: Điện áp cáo (ghi + xóa), điện áp thấp (chỉ đọc).

• Flash Memory: gioonsg EEPROM nhưng:
o Đọc ghi theo từng block

o Dung lượng lớn

Khoa Công Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


BỘ NHỚ BÁN DẪN – RANDOM ACCESS MEMORY

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên
• Bộ nhớ đọc/ ghi. Lưu trữ dữ liệu mà người dùng đang sử dụng (dữ liệu tạm thời).
• Ghi/ xóa trong q trình sử dụng.
• Khi khởi động, RAM rỗng. Tự mất dữ liệu khí cắt nguồn điện
➔ Chỉ lưu trữ thông tin tạm thời khi chạy chương trình, khi kết thúc cần lưu trữ dữ liệu ra bộ nhớ
ngồi.
• Có hai loại:
o SRAM (Static RAM): RAM tĩnh
o DRAM (Dynamic RAM): RAM động
Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính



BỘ NHỚ BÁN DẪN – RANDOM ACCESS MEMORY


BỘ NHỚ BÁN DẪN – RANDOM ACCESS MEMORY

o Fetch: truy xuất dữ liệu từ bộ nhớ
o Store: ghi dữ liệu vào bộ nhớ
o Memory access time
• Thời gian cần thiết để truy xuất hoặc ghi dữ liệu vào bộ nhớ

• RAM hiện đại thường yêu cầu 5-10 nanoseconds
o Memory address register (MAR): chứa địa chỉ bộ nhớ

o Memory data register (MDR): chứa dữ liệu
Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


BỘ NHỚ BÁN DẪN – RANDOM ACCESS MEMORY

Khoa Công Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


BỘ NHỚ BÁN DẪN – STATIC RANDOM ACCESS MEMORY

SRAM - RAM tĩnh

• Các bit được lưu trữ bằng các Flip-Flop.

• Thông tin ổn định, không tự mất dữ liệu theo thời gian.
• Cấu trúc phức tạp do sử dụng một số lượng lớn các bóng bán dẫn.
• Dung lượng chip nhỏ.
• Tốc độ truy cập nhanh.
• Giá thành cao
• Dùng làm bộ nhớ cache.

Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


BỘ NHỚ BÁN DẪN – STATIC RANDOM ACCESS MEMORY
Có n chân địa chỉ (An-1-A0):
• truyền vào chip nhớ n bit địa chỉ đồng thời
• trong chip nhớ có 2n từ nhớ

Có m chân dữ liệu (Dm-1-D0):
• cho phép truyền đồng thời m bit dữ liệu
• độ dài từ nhớ là m bit

Dung lượng của chip SRAM 2n × m bit
Các chân tín hiệu điều khiển
• CS (Chip Select): tín hiệu điều khiển chọn chip nhớ làm việc
• OE (Output Enable): tín hiệu điều khiển đọc dữ liệu của một từ
nhớ đã được xác định
• WE (Write Enable): tín hiệu điều khiển ghi dữ liệu vào một từ nhớ
đã được xác định



BỘ NHỚ BÁN DẪN – DYNAMIC RANDOM ACCESS MEMORY

DRAM - RAM động
• Các bit được lưu trữ trên mạch tụ điện
• Tự mất dữ liệu theo thời gian
➔ cần phải có mạch làm tươi (refresh).
• Cấu trúc đơn giản
• Dung lượng lớn
• Tốc độ chậm hơn
• Chi phí thấp
• Dùng làm bộ nhớ chính
Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


BỘ NHỚ BÁN DẪN – DYNAMIC RANDOM ACCESS MEMORY

DRAM dùng n địa chỉ dồn kênh để nạp lần
lượt (2 lần) địa chỉ hàng và địa chỉ cột vào
đệm địa chỉ/

Dung lượng của chip DRAM 22n × m bit
Các chân tín hiệu điều khiển
• RAS (Row Access Strobe): điều khiển việc nạp địa
chỉ hàng

• CAS (Column Access Strobe): điều khiển việc nạp

địa chỉ cột
• W/R = 0 điều khiển ghi chip, W/R = 1 điều khiển
đọc chip

Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn

Kiến Trúc Máy Tính


TỔ CHỨC CHIP NHỚ

Phần tử nhớ (ô nhớ) là các mạch D-latch lưu 1
bit.
Nếu write = 0
→ mạch sẽ ghi nhớ giá trị
Nếu write = 1

→ mạch sẽ cập nhật giá trị input


TỔ CHỨC CHIP NHỚ


TỔ CHỨC CHIP NHỚ

• Các đường địa chỉ:

A0-An-1 → 2n ngăn nhớ
• Các đường dữ liệu:
D0-Dm-1 → độ dài ngăn nhớ là m bit


• Dung lượng chip nhớ 2n m bit
• Các tín hiệu điều khiển
➢ Tín hiệu chọn (Chip Select, CS)

➢ Tín hiệu điều khiển đọc (Read, RD)
➢ Tín hiệu điều khiển ghi (Write, WR)