Tài liệu Kỹ thuật số - Chương 7 Bộ nhớ pptx

1
Kỹ Thuật Số
Kỹ Thuật Số
2
Chương 7
Bộ nhớ
3

Khái niệm chung

Nguyên lý hoạt động

ROM

RAM

Mở rộng bộ nhớ
4

Bộ nhớ là một thiết bị có khả năng lưu trữ thông tin (nhị phân).

Muốn sử dụng bộ nhớ, trước tiên ta phải ghi dữ liệu và các
thông tin cần thiết vào nó, sau đó lấy dữ liệu đã ghi trước đó để sử
dụng.

Thủ tục ghi vào và đọc ra phải được kiểm soát chặt chẽ, tránh
nhầm lẫn nhờ định vị chính xác từng vị trí ô nhớ và nội dung của
bộ nhớ theo một mã địa chỉ duy nhất.
7.1
7.1
Khái niệm chung

Khái niệm chung
Khái niệm:
Khái niệm:
5

Memory Cell (Ô nhớ): là linh kiện hay một mạch điện tử dùng
để lưu trữ một bit đơn (0 hay 1). Ví dụ: mạch FF, tụ được tích điện,
một rãnh trên băng từ hay đĩa từ.

Memory Word (Từ nhớ): là một nhóm các bit (cell) trong bộ
nhớ dùng biểu diễn các lệnh hay dữ liệu dưới dạng một số nhị
phân. Ví dụ một thanh ghi 8 FF là một phần tử nhớ lưu trữ từ 8 bit.
Kích thước của từ nhớ có chiều dài từ 4 đến 64 bit.

Capacity (Dung lượng): chỉ số lượng bit có thể lưu trữ trong bộ
nhớ. Ví dụ bộ nhớ có khả năng lưu trữ 4.096 từ nhớ 20 bit, dung
lượng của nó là 4096 x 20, mỗi 1024 (=2
10
) từ nhớ được gọi là
“1K”, như vậy 4096 x 20 = 4K x 20. Ngoài ra còn dùng đơn vị
1MB=1024Kbyte=10
20
=1.048.576 byte
Các thuật ngữ liên quan đến bộ nhớ:
Các thuật ngữ liên quan đến bộ nhớ:
7.1
7.1
Khái niệm chung
Khái niệm chung
6


Address (Địa chỉ): là số nhị phân dùng xác định vị trí của từ
nhớ trong bộ nhớ. Mỗi từ nhớ được lưu trong bộ nhớ tại một địa chỉ
duy nhất. Địa chỉ luôn luôn được biểu diễn bởi số nhị phân

Read Operation (Fetch Operation-Thao tác đọc): một từ nhớ
tại một vị trí nào đó trong bộ nhớ được truy xuất và chuyển sang
một thiết bị khác.

Write Operation (Store Operation-Thao tác ghi): một từ mới
được đặt vào một vị trí trong bộ nhớ, khi một từ mới được viết vào
thì từ cũ mất đi.

Access Time (Thời gian truy cập): Tốc độ làm việc của bộ
nhớ, là thời gian cần thiết để hoàn thành một thao tác đọc. Ký hiệu
t
ACC
Các thuật ngữ liên quan đến bộ nhớ:
Các thuật ngữ liên quan đến bộ nhớ:
7.1
7.1
Khái niệm chung
Khái niệm chung
7

Volatile Memory (Bộ nhớ bốc hơi): Bộ nhớ cần nguồn điện để
lưu trữ thông tin. Khi ngắt điện, thông tin lưu trữ bị mất. Nhiều bộ
nhớ bán dẫn thuộc loại này trong khi các bộ nhớ từ không thuộc
loại này


Random-Access Memory (RAM-Bộ nhớ truy cập ngẫu
nhiên): Là bộ nhớ trong đó vị trí vật lý thực của một từ nhớ không
ảnh hưởng đến thời gian đọc hay ghi lên vị trí đó. Nói cách khác,
thời gian truy cập là như nhau với mọi địa chỉ nhớ

Sequential-Access Memory (SAM-Bộ nhớ truy cập tuần
tự):Khi cần truy xuất một địa chỉ ta phải lướt qua các địa chỉ trước
nó. Như vậy thời gian đọc và viết dữ liệu ở những vị trí khác nhau
thì khác nhau. Ví dụ: băng từ, đĩa từ.
Các thuật ngữ liên quan đến bộ nhớ:
Các thuật ngữ liên quan đến bộ nhớ:
7.1
7.1
Khái niệm chung
Khái niệm chung
8

Read/Write Memory (RWM-Bộ nhớ đọc/ghi ): Bộ nhớ có thể
ghi vào và đọc ra.

Read Only Memory(ROM- Bộ nhớ chỉ đọc): Là loại bộ nhớ
chủ yếu xảy ra thao tác đọc. Về mặt kỹ thuật ROM chỉ được ghi
một lần duy nhất. Khi mất điện ROM không mất dữ liệu

Static Memory Devices (Bộ nhớ tĩnh) : là bộ nhớ bán dẫn
trong đó dữ liệu đã lưu trữ được duy trì cho đến khi nào còn nguồn
nuôi.

Dynamic Memory Devices(Bộ nhớ động) : là bộ nhớ bán dẫn
trong đó dữ liệu đã lưu trữ muốn tồn tại phải được ghi lại theo chu

kỳ. Tác vụ ghi lại được gọi là làm tươi (refresh).
Các thuật ngữ liên quan đến bộ nhớ:
Các thuật ngữ liên quan đến bộ nhớ:
7.1
7.1
Khái niệm chung
Khái niệm chung
9

Internal Memory (Bộ nhớ trong ) : Chỉ bộ nhớ chính của máy
tính. Nó lưu trữ các lệnh và dữ liệu mà CPU dùng thường xuyên
khi hoạt động.

Mass Memory (Bộ nhớ ngoài ): Còn gọi là bộ nhớ phụ, nó
chứa một lượng thông tin rất lớn ở bên ngoài máy tính. Tốc độ truy
xuất trên bộ nhớ này thường chậm và nó thuộc loại không bốc hơi.
Các thuật ngữ liên quan đến bộ nhớ:
Các thuật ngữ liên quan đến bộ nhớ:
7.1
7.1
Khái niệm chung
Khái niệm chung
10

Chọn địa chỉ trong bộ nhớ để truy xuất (đọc hoặc ghi)

Chọn tác vụ đọc hoặc ghi để thực hiện

Cung cấp dữ liệu để lưu vào bộ nhớ trong tác vụ ghi


Gửi dữ liệu ra từ bộ nhớ trong tác vụ đọc

Cho phép (hoặc cấm) bộ nhớ hoạt động
7.2
7.2
Nguyên lý hoạt động chung của bộ nhớ
Nguyên lý hoạt động chung của bộ nhớ
11

Ví dụ: Một bộ nhớ có dung lượng 4Kx8. Xác định số đường dữ
liệu, số đường địa chỉ và dung lượng của bộ nhớ tính theo byte
-
Có 8 đường dữ liệu ra và 8 đường dữ liệu vào
-
4K=4*1024=4096=2
12
; Có 12 đường địa chỉ
-
Dung lượng 4096 byte
7.2
7.2
Nguyên lý hoạt động chung của bộ nhớ
Nguyên lý hoạt động chung của bộ nhớ
12
Giao tiếp giữa bộ nhớ và bộ xử lý trung tâm
Giao tiếp giữa bộ nhớ và bộ xử lý trung tâm
7.2
7.2
Nguyên lý hoạt động chung của bộ nhớ
Nguyên lý hoạt động chung của bộ nhớ

13

Thao tác ghi:
-
CPU cung cấp địa chỉ nhị phân của vị trí ô nhớ cần ghi dữ liệu và
đặt địa chỉ này lên bus địa chỉ
-
CPU đặt dữ liệu cần lưu trữ lên bus dữ liệu
-
CPU gởi tín hiệu điều khiển tương ứng với chu trình ghi lên bus
điều khiển
-
IC nhớ giải mã địa chỉ nhị phân xác định vị trí được chọn
-
Dữ liệu trên bus dữ liệu được truyền đến vị trí xác định
Giao tiếp giữa bộ nhớ và bộ xử lý trung tâm
Giao tiếp giữa bộ nhớ và bộ xử lý trung tâm
7.2
7.2
Nguyên lý hoạt động chung của bộ nhớ
Nguyên lý hoạt động chung của bộ nhớ
14

Thao tác đọc:
-
CPU cung cấp địa chỉ nhị phân của vị trí ô nhớ cần lấy dữ liệu và
đặt địa chỉ này lên bus địa chỉ
-
CPU gởi tín hiệu điều khiển tương ứng với chu trình đọc lên bus
điều khiển

-
IC nhớ giải mã địa chỉ nhị phân xác định vị trí được chọn
-
IC nhớ đặt dữ liệu cần lấy lên bus dữ liệu và truyền về CPU
Giao tiếp giữa bộ nhớ và bộ xử lý trung tâm
Giao tiếp giữa bộ nhớ và bộ xử lý trung tâm
7.2
7.2
Nguyên lý hoạt động chung của bộ nhớ
Nguyên lý hoạt động chung của bộ nhớ
15

Được chế tạo trên một phiến silic theo một số bước xử lý như
quang khắc và khuếch tán để tạo ra những tiếp giáp bán dẫn có tính
dẫn điện theo một chiều (như diode, transistor trường). Người thiết
kế định rõ chương trình muốn ghi vào ROM, thông tin này được sử
dụng để điều khiển quá trình làm mặt nạ.
7.3
7.3
ROM
ROM
Mask-Programmed ROM (MROM) :
Mask-Programmed ROM (MROM) :
16

Có cấu tạo giống MROM nhưng ở mỗi vị trí nhớ đều có linh
kiện nối với cầu chì. Như vậy khi xuất xưởng các ROM này đều
chứa cùng một loại bit (gọi là ROM trắng), lúc sử dụng người lập
trình thay đổi các bit mong muốn bằng cách phá vỡ cầu chì ở các vị
trí tương ứng với bit đó. Một khi cầu chì đã bị phá vỡ thì không thể

nối lại được do đó loại ROM này cho phép lập trình một lần duy
nhất để sử dụng, nếu bị lỗi không thể sửa chữa được
7.3
7.3
ROM
ROM
Programmable ROM (PROM) :
Programmable ROM (PROM) :
17

Đây là loại ROM có thể lập trình được và xóa được và là bộ
nhớ không bốc hơi. Ngay khi EPROM được lập trình, có thể xóa
bằng cách chiếu vào một tia cực tím xuyên qua cửa sổ của
EPROM, tuy nhiên tia cực tím sẽ xóa toàn bộ bộ nhớ. Sau khi xóa,
EPROM có thể được lập trình trở lại
7.3
7.3
ROM
ROM
Erasable Programmable ROM (EPROM) :
Erasable Programmable ROM (EPROM) :

Đây là loại ROM lập trình được và xóa được nhờ xung điện và
đặc biệt là có thể xóa để sửa trên từng byte.
Electrical Erasable Programmable ROM (EEPROM) :
Electrical Erasable Programmable ROM (EEPROM) :
18

RAM được dùng trong hệ vi xử lý như một bộ nhớ tạm thời lưu
trữ các chương trình và dữ liệu. RAM là loại bộ nhớ bốc hơi nên sẽ

mất dữ liệu khi mất nguồn điện. Một vài loại CMOS RAM chỉ
chiếm một công suất tiêu tán rất nhỏ ở chế độ chờ vì vậy có thể
được cấp nguồn pin nên không mất thông tin khi mất điện

Có hai loại RAM:
-
RAM tĩnh (Static RAM)
-
RAM động (Dynamic RAM)
7.4
7.4
RAM bán dẫn
RAM bán dẫn
19

RAM tĩnh cấu tạo bởi các tế bào nhớ là các FlipFlop. Thông tin
của ô nhớ vẫn được giữ nguyên khi nguồn nuôi chưa bị cắt. Ứng
dụng trong các trường hợp không cần dung lượng lớn, yêu cầu tốc
độ cao và mạch đơn giản
Static RAM (RAM tĩnh):
Static RAM (RAM tĩnh):
7.4
7.4
RAM bán dẫn
RAM bán dẫn
20

DRAM có dung lượng cao, công suất tiêu tán thấp, tốc độ làm
việc trung bình. DRAM lưu trữ thông tin như những điện tích nạp
trong các tụ CMOS nhỏ. Vì các tụ này sẽ phóng dần theo thời gian

do dòng rò nên DRAM cần được làm tươi tối thiểu 2ms-10ms một
lần nhằm nạp lại điện tích cho các tụ nếu không thông tin sẽ bị mất.
Dynamic RAM (RAM động):
Dynamic RAM (RAM động):
7.4
7.4
RAM bán dẫn
RAM bán dẫn
21

Do RAM động có mật độ tích hợp cao, dung lượng bộ nhớ
thường rất lớn nên để định vị các phần tử nhớ người ta dùng
phương pháp đa hợp địa chỉ, mỗi từ nhớ được chọn khi có đủ hai
địa chỉ hàng và cột được lần lượt tác động. Phương pháp này cho
phép n đường địa chỉ truy xuất được 2
2n
vị trí nhớ.
Dynamic RAM (RAM động):
Dynamic RAM (RAM động):
7.4
7.4
RAM bán dẫn
RAM bán dẫn
22
7.5
7.5
Mở rộng bộ nhớ
Mở rộng bộ nhớ
Mở rộng độ dài từ:
Mở rộng độ dài từ:


Đây là trường hợp số vị trí nhớ đủ cho yêu cầu nhưng dữ liệu
cho mỗi vị trí nhớ thì không đủ.

Ví dụ: Mở rộng bộ nhớ từ 1Kx1 lên 1Kx8
Dùng 8 IC nhớ 1Kx1, các IC nhớ này sẽ được nối chung bus địa
chỉ và các đường tín hiệu điều khiển, mỗi IC quản lý một đường
bit. 8 IC sẽ vận hành cùng lúc để cho một từ nhớ 8 bit
23
Mở rộng vị trí nhớ:
Mở rộng vị trí nhớ:

Số bit cho mỗi vị trí nhớ đủ theo yêu cầu nhưng số vị trí nhớ
không đủ

Ví dụ: Có IC nhớ dung lượng 1Kx8. Mở rộng lên 4Kx8. Cần 4
IC. Để chọn 1 trong 4 IC nhớ cần một mạch giải mã 2 đường sang
4 đường, ngã ra của mạch giải mã lần lượt nối vào các ngã CS của
các IC nhớ.
IC1:000H-3FFH
IC2:400H-7FFH
IC3: 800H-BFFH
IC4:C00H-FFFH
7.5
7.5
Mở rộng bộ nhớ
Mở rộng bộ nhớ
24
Mở rộng dung lượng nhớ:
Mở rộng dung lượng nhớ:


Cả vị trí nhớ và độ dài từ của các IC đều không đủ để thiết kế. Để
mở rộng dung lượng nhớ ta phải kết hợp cả hai cách nói trên

Ví dụ: Mở rộng bộ nhớ từ 4Kx4 lên 24Kx8.
Cần 6 cặp IC mắc song song, mỗi cặp IC có chung địa chỉ và được
chọn bởi một mạch giải mã 3 sang 8 đường.Ta chỉ dùng 6 ngã ra từ
Y0 đến Y5 của mạch giải mã
7.5
7.5
Mở rộng bộ nhớ
Mở rộng bộ nhớ
25
Mở rộng dung lượng nhớ:
Mở rộng dung lượng nhớ:

Địa chỉ IC (1&2): 0000H - 0FFFH, IC (3&4) : 1000H - 1FFFH, IC
(5&6): 2000H - 2FFFH và IC (7&8) : 3000H - 3FFFH IC (9&10):
4000H - 4FFFH và IC (11&12) : 5000H - 5FFFH
7.5
7.5
Mở rộng bộ nhớ
Mở rộng bộ nhớ