Phân tích kiến trúc và nguyên lý làm việc của bộ nhớ RAM chuẩn DDRAM

Khoa CNTT - Nhóm 6
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Thông Tin

Bài tập lớn môn Kiến trúc máy tính
-Lớp: Kỹ Thuật Phần Mềm 2
-Nhóm thực hiện: Nhóm 6
Đề tài thực hiện: Phân tích nguyên lý hoạt động của bộ nhớ
Ram chuẩn DDRAM.
1
Khoa CNTT - Nhóm 6
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Thông Tin

Bài tập lớn môn Kiến trúc máy tính
-Lớp: Kỹ Thuật Phần Mềm 2
-Nhóm thực hiện: Nhóm 6
-Th ành vi ên nh óm:
+ Trịnh Khương Duy
+ Ngô Văn Hảo
+ Trần Đức Giang
+ Sái Vĩnh Hanh
+ Tạ Thế Dũng
Đề tài thực hiện: Phân tích nguyên lý hoạt động của bộ nhớ
Ram chuẩn DDRAM.
2
Khoa CNTT - Nhóm 6
MỤC LỤC
Chương 1. Tổng quan về bộ nhớ máy tính
1.1. Khái niệm
1.2. Tổng quan về bộ nhớ máy tính

Chương 2. Bộ nhớ chính
2.1. Tổng quan về bộ nhớ chính
2.1.1. ROM, phân loại ROM
2.1.2. RAM
2.1.2.1. Phân loại RAM
2.1.2.2. Các loại DRAM
2.1.2.3. Cách nhận biết cách loại RAM
2.2. Nguyên tắc hoạt dộng của RAM
Chương 3. Sơ lược về bộ nhớ RAM
3.1. Tốc độ
3.2. Độ trễ
3.3. Tần số làm tươi
3.4. Chu kỳ chuỗi
Chương 4. Nguyên lý làm việc của bộ nhớ RAM chuẩn DDRAM
4.1. Chu kỳ đọc dữ liệu
4.2. Chu kỳ gi dữ liệu
3
Khoa CNTT - Nhóm 6
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BỘ NHỚ MÁY
TÍNH
1.1. Khái niệm.
Bộ nhớ máy tính bao gồm các hình thức, phương thức để lưu dữ được
dữ liệu của máy tính một cách lâu dài (khi kết thúc một phiên làm việc
của máy tính thì dữ liệu không bị mất đi), hoặc lưu dữ liệu tạm thời trong
quá trình làm việc của máy tính (khi kết thúc một phiên làm việc của máy
tính thì bộ nhớ này bị mất hết dữ liệu).
1.2. Tổng quan về hệ thống nhớ máy tính.
Khi nói tới bộ nhớ máy tính, có rất nhiều người chưa hiểu hết được
hay biết rõ được bộ nhớ máy gồm những gì. Trong phần này nhóm 9 sẽ
trình bày sơ lược về bộ nhớ máy tính và sâu hơn một chút về bộ nhớ RAM

chuẩn SDRAM.
Để định hình hệ thống nhớ của máy tính, chúng ta xem mô hình phân
cấp hệ thống nhớ sau:
4
Khoa CNTT - Nhóm 6
Sơ đồ hệ thống nhớ
5
CPU
Cache Bộ nhớ trong Bộ nhớ ngoài
ROM
RAM
L1
L2
Bộ nhớ đệm
Bộ nhớ từ
Bộ nhớ bán dẫn
SRAM
DRAM
SDRAM
RDRAM
PROM
EPROM
ÊPROM
ROM mặt nạ
HỆ THỐNG NHỚ
Khoa CNTT - Nhóm 6
Chương 2: BỘ NHỚ CHÍNH
2.1. Tổng quan về bộ nhớ chính.
Bộ nhớ chính được đặt giữa bộ nhớ Cache và bộ nhớ ngoài, là nơi lưu
trữ thông tin cho bộ nhớ Cache và sẽ được đưa vào bộ nhớ Cache ngay sau

khi CPU truy nhập thông tin trong bộ nhớ Cache, hoặc cũng có thể là nơi
cung cấp thông tin trực tiếp CPU khi CPU không tìm thấy thông tin trong bộ
nhớ Cache. Bộ nhớ này còn gọi là bộ nhớ bán dẫn.
Bộ nhớ chính được chia làm 2 loại: ROM, RAM.
2.1.1.Bộ nhớ ROM – Read Only Memory.
Là bộ nhớ chỉ đọc (khi mới ra đời), hiện nay loại bộ nhớ này đã có thể
đọc/ghi bình thường. Đặc trưng lớn nhất của bộ nhớ này là thông tin vẫn còn
ngay cả khi mất nguồn nuôi và là bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên.
ROM chips A4000T v40.70
6
Khoa CNTT - Nhóm 6
Bộ nhớ EPROM với cửa sổ nhỏ để xóa dữ liệu
Theo lịch sử phát triển, có 5 loại bộ nhớ ROM:
• ROM mặt nạ (maskable ROM): là loại bộ nhớ ROM được cài sẵn
thông tin khi sản xuất và mãi mãi thông tin này không thay đổi được.
• PROM – Programmable ROM: là loại bộ nhớ không có thông tin khi
sản xuất, xong người dùng có thể ghi thông tin được 1 lần bằng thiết
bị chuyên dùng, nếu ghi sai thì bỏ. CD có thể gọi là PROM.
• EPROM – Erasable PROM: một dạng cao hơn của PROM, khi sản
xuất cũng không có thông tin nhưng trong qua trình sử dụng có thể
ghi bằng thiết bị chuyên dùng và xóa thông tin cũ bằng tia cực tím cho
nên khá tốn kém và không phải ai cũng có thể trang bị được. Dạng
CD-Erasable là một điển hình.
• EEPROM – Electrically EPROM: đây là dạng cao hơn của EPROM,
đặc điểm nổi bật của loại này là thông tin có thể ghi/xóa nhiều lần
bằng software thay vì hardware. CD-Rewritable tương tự loại ROM
này.
• Flash Memory (bộ nhớ tia chớp): giống như EEPROM nhưng chỉ
cho phép đọc/ghi cả khối. Ngày nay bộ nhớ này tương tự USB.
2.1.2. Bộ nhớ RAM – Random Access Memory.

7
Khoa CNTT - Nhóm 6
Là loại bộ nhớ thay đổi được, dữ liệu có thể ghi vào hoặc đọc ra và cũng
là bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên như ROM. Đặc điển đặc trưng nhất của bộ
nhớ này là mất nguồi điện nuôi thì thông tin cũng mất.
Một số thanh RAM
2.1.2.1. Phân loại RAM.
Có 2 loại RAM chính:
• SRAM (Static RAM – RAM tĩnh): là loại RAM lưu trữ dữ liệu mà
không cần cập nhật thường xuyên, được xây dựng trên các mạch điện
tử flip-flop. SRAM có các đặc điểm sau:
o Thông tin ổn định.
o Tốc độ nhanh.
o Dung lượng IC nhỏ.
Trong máy tính SRAM được dùng làm Cache L1, L2.
• DRAM (Dynamic RAM – RAM động): là loại RAM lưu trữ dữ liệu
cần cập nhật thường xuyên (làm tươi lại – refresh), được xây dựng
trên cơ sở nhớ là các tụ điện. DRAM có các đặc điểm sau:
o Thông tin không ổn định.
o Tốc độ chậm.
o Dung lượng IC lớn.
8
Khoa CNTT - Nhóm 6
o Giá thành thấp.
DRAM dùng để thiết kế ra bộ nhớ chính.
2.1.2.2. Các loại DRAM.
DRAM được chia làm 2 loại: SDRAM và RDRAM.
a. SDRAM (Synchronous Dynamic RAM).
SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM) thường được gọi là “SDR”, có
168 chân. Được dùng trong các máy vi tính cũ, có bus speed chạy cùng với

clock speed của memory chip nay đã nỗi thời.
SDR SDRAM với khe cắm 3 múi
DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) còn được gọi tắt là “DDR”, có
184 chân. DDR là cải tiến của SDR, có tốc độ gấp đôi SDR nhờ vào việc
truyền tải 2 lần trong một chu kỳ bộ nhớ.
DDR SDRAM với khe cắm được chia thành 2 múi
DDR2 SDRAM (Double Data Rate 2 SDRAM) còn gọi tắt là DDR2, có 240
chân. Là thế hệ sau của DDR, có tốc dộ truyền tải gấp đôi DDR vì bus speed
cao gấp đôi clock speed. DDR2 sử dụng mức điện áp 1,8V.
9
Khoa CNTT - Nhóm 6
DDR2 SDRAM cũng thương tự DDR SDRAM
DDR3 SDRAM (Double Data Rate 3 SDRAM) cũng có 240 chân như
DDR2 SDRAM song nó lại có tốc độ bus cao hơn DDR2 nhiều. Mức điện
áp quy đinh đối với DDR3 là 1,5V. Có tốc độ bus là 800/1066/1333/1600
Mhz, số bit dữ liệu là 64bits. Chuẩn DDR3 cho phép sử dụng với các chip
nhớ có dung lượng từ 512M tới 8G.
Một thanh DDR3 SDRAM bọc vỏ tản nhiệt
b.RDRAM (RAMbus Dynamic RAM).
Được gọi tắt là "Rambus". Đây là một loại DRAM được thiết kế kỹ
thuật hoàn toàn mới so với kỹ thuật SDRAM. RDRAM hoạt động đồng bộ
theo một hệ thống lặp và truyền dữ liệu theo một hướng. Một kênh bộ nhớ
RDRAM có thể hỗ trợ đến 32 chip DRAM. Mỗi chip được ghép nối tuần tự
trên một module gọi là RIMM (RAMbus Inline Memory Module) nhưng
10
Khoa CNTT - Nhóm 6
việc truyền dữ liệu được thực hiện giữa các mạch điều khiển và từng chip
riêng biệt chứ không truyền giữa các chip với nhau.
Chip RAM
Bus bộ nhớ RDRAM là đường dẫn liên tục đi qua các chip và module trên

bus, mỗi module có các chân vào và ra trên các đầu đối diện. Do đó, nếu các
khe cắm không chứa RIMM sẽ phải gắn một module liên tục để đảm bảo
đường truyền được nối liền. Tốc độ RAMbus đạt từ 400-800MHz. RAMbus
tuy không nhanh hơn SDRAM là bao nhưng lại đắt hơn rất nhiều nên có rất
ít người dùng. RDRAM phải cắm thành cặp và ở những khe trống phải cắm
những thanh RAM giả cho đủ.
Một thanh Rambus với 2 rãnh liền trên khe cắm
2.1.2.3. Cách nhận biết các loại RAM chuẩn SDRAM.
SDR SDRAM : thanh RAM loại này có 168 chân với 2 khe cắt ở phần chân
cắm. Hiện chỉ còn 2 tốc độ PC100 và PC133.
11
Khoa CNTT - Nhóm 6
RDRAM : thanh RAM loại này có 184 chân với 2 khe cắt ở giữa. Do tốc độ
cao, tỏa nhiệt dữ, RDRAM luôn phải cặp kè với một miếng nhôm tản nhiệt.
Với cấu hình “kênh đôi” (dual-channel), RDRAM bắt buộc phải chạy cặp 2
thanh một và không được bỏ trống hai khe còn lại (nên phải dùng hai thanh
RDRAM giả, gọi là CRIMM - Continuity RIMM).
DDR-SDRAM : thanh RAM của DDR có tới 184 chân nhưng chỉ có 1 khe
cắt. Nó cũng dùng một kênh đơn như SDRAM nên có thể chạy độc lập, từng
thanh một.
Các thế hệ sau của DDR SDRAM không khác mấy so với thế hệ đầu của thẻ
RAM, chúng mang đặc trưng của DDR RAM.
12
Khoa CNTT - Nhóm 6
Xem hình:
2.2. Nguyên tắc hoạt động chung của bộ nhớ RAM.
a. Nguyên tắc chung.
Tương tự như bộ vi xử lý (BVXL), chip nhớ cũng là một mạch tích
hợp (IC) được làm từ hàng triệu bóng bán dẫn (transitor) và tụ điện. Đối với
loại bộ nhớ thông dụng nhất trên máy vi tính, bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên

động (DRAM), một bóng bán dẫn và một tụ điện đi đôi với nhau để tạo
thành một tế bào nhớ. Tụ điện sẽ giữ bit thông tin 0 hoặc 1. Bóng bán dẫn
hoạt động như một ngắt để mạch điều khiển trên chip nhớ đọc hoặc thay đổi
trạng thái của tụ điện.
Một tụ điện giống như một thùng nước nhỏ có thể chứa các điện tử.
Để lưu 1 vào tế bào nhớ, thùng nước này sẽ được đổ đầy các điện tử. Để lưu
0, thùng nước sẽ được làm rỗng. Tuy nhiên, thùng nước có một khuyết điểm
là nó có một lỗ thủng. Trong khoảng vài mili giây, một thùng nước đầy sẽ
trở nên trống rỗng. Do đó, để bộ nhớ động làm việc, hoặc là CPU hoặc là bộ
13
Khoa CNTT - Nhóm 6
điều khiển bộ nhớ phải nhanh chóng nạp lại tất cả các tụ điện đang chứa 1
trước khi nó phóng điện. Để làm được việc này, bộ điều khiển sẽ đọc lại nội
dung nhớ rồi ghi nó vào lại. Quá trình làm tươi này tự động diễn ra hàng
ngàn lần trong một giây. Và chính quá trình này tạo nên phần "động" cho
RAM. Ram động phải được làm tươi một cách liên tục nếu không nó sẽ
"quên" mọi thứ nó đang giữ. Mặt hạn chế của quá trình làm tươi là nó sẽ mất
một khoảng thời gian để thực hiện và điều này có thể làm giảm tốc độ của
bộ nhớ.
Các tế bào nhớ được khắc lên một bánh silicon theo một dãy các cột
(bitlines) và các hàng (wordlines). Điểm giao của một bitline và một
wordline tạo thành địa chỉ của tế bào nhớ.
DRAM hoạt động bằng cách gửi dòng nạp điện qua cột phù hợp (CAS) để
kích hoạt bóng dẫn tại mỗi bit trong cột. Khi ghi, các hàng sẽ chứa trạng thái
mà tụ điện đã mang. Khi đọc, một bộ khuếch đại hướng sẽ xác định mức nạp
điện trong tụ điện. Nếu hơn 50%, nó sẽ đọc là 1. Ngược lại, nó sẽ đọc là 0.
Một bộ đếm sẽ theo dõi trình tự làm tươi dựa trên hàng nào được truy xuất
theo thứ tự nào. Quãng thời gian để làm tất cả việc này là rất nhỏ, do đó nó
được biểu diễn bằng đơn vị nano giây (hàng tỉ của giây). Một chip nhớ được
đánh giá 70ns nghĩa là nó sẽ mất 70 nano giây để hoàn tất quá trình đọc và

nạp lại điện cho mỗi tế bào.
Các tế bào nhớ đơn độc sẽ là vô dụng nếu không có cách lấy được
thông tin vào và ra của chúng. Do đó, các tế bào nhớ có một bộ hỗ trợ toàn
vẹn trên các mạch chuyên dụng khác. Những mạch này làm chức năng:
- Nhận biết hàng và cột (chọn địa chỉ hàng và địa chỉ cột).
- Theo dõi trình tự làm tươi (bộ đếm).
- Đọc và lưu tín hiệu từ tế bào (bộ khuếch đại hướng).
- Đảo tế bào xem có nên nhận dòng nạp hay không (bật ghi).
14
Khoa CNTT - Nhóm 6
Các chức năng khác của bộ điều khiển bộ nhớ bao gồm các tác vụ xác
định loại, tốc độ, dung lượng bộ nhớ và kiểm tra lỗi.
RAM tĩnh (SRAM) sử dụng một công nghệ hoàn toàn khác. Các bit của bộ
nhớ được giữ dưới dạng các con bật. Một con bật cho tế bào nhớ tốn 4 hoặc
6 bóng bán dẫn cùng một vài dây dẫn. Và chúng không cần được làm tươi.
Nhờ vậy, tốc độ của RAM tĩnh nhanh hơn rất nhiều so với RAM động. Tuy
nhiên, vì nó cần đến nhiều thành phần nên tế bào bộ nhớ tĩnh chiếm nhiều
không gian trên chip hơn là tế bào bộ nhớ động. Do đó, trên cùng một chip,
chúng ta có ít bộ nhớ hơn. Dẫn đến việc chế tạo RAM tĩnh tốn nhiều chi phí
hơn.
Như vậy, RAM tĩnh nhanh và đắt tiền. Ram động rẽ nhưng chậm hơn.
Ram tĩnh thường được dùng để chế tạo các bộ đệm nhạy tốc độ cho CPU.
Trong khi RAM động thường dùng làm không gian nhớ chính cho hệ thống.
b. Cơ chế kiểm tra lỗi của bộ nhớ.
Hầu hết các loại bộ nhớ hiện nay đều rất đáng tin cậy. Hệ thống chỉ
cần nhờ bộ điều khiển bộ nhớ kiểm tra lỗi lúc khởi động và có thể tin vào
nó. Các chip nhớ có cơ chế kiểm tra lỗi được xây dựng sẵn thường sử dụng
phương pháp chẵn-lẻ (parity) để kiểm tra. Các chip chẵn lẻ có một bit phụ
cho mỗi 8 bit dữ liệu. Cơ chế chẵn lẻ hoạt động rất đơn giản. Đầu tiên là cơ
chế bậc chẵn (even parity).

Khi 8 bit trong 1 byte nhận dữ liệu, chip nhớ sẽ thêm 1 bit gọi là bit
bậc parity vào. Bit này là tổng số các bit 1 trong dãy dữ liệu đó. Nếu tổng số
các bit 1 là lẻ, bit bậc parity sẽ được thiết lập là 1. Nếu tổng số các bit 1 là
chẵn, nó được thiết lập là 0. Khi dữ liệu được đọc ra, việc tính toán tổng các
bit 1 được thực hiện lại một lần nữa để so sánh với bit bậc parity. Nếu tổng
15
Khoa CNTT - Nhóm 6
là lẻ và bit bậc parity là 1, dữ liệu được xét là đúng và nó sẽ được gửi cho
CPU. Nhưng nếu tổng là lẻ và bit bậc parity là 0, chip nhớ nhận thấy có một
lỗi ở đâu đó trong dãy 8 bit và nó sẽ kết xuất dữ liệu ra. Cơ chế bậc lẻ cũng
làm giống như vậy, nhưng bit bậc lẻ được thiết lập là 1 khi tổng số các bit 1
là chẵn.
Vấn đề với cơ chế chẵn lẻ là nó có khả năng phát hiện lỗi nhưng lại
không thể sửa được các lỗi đó. Nếu 1 byte dữ liệu không hợp với bit bậc
parity của nó, dữ liệu sẽ được loại bỏ và hệ thống thử lại lần nữa. Các máy
tính có vai trò chủ chốt cần đến một dung sai lỗi (fault tolerance) ở mức cao
hơn. Các máy tính chủ cao cấp thường sử dụng một dạng kiểm tra lỗi là
error-correction code (ECC). Giống với cơ chế chẵn lẻ, ECC sử dụng các bit
thêm vào để kiểm tra dữ liệu trong mỗi byte. Điểm khác biệt của cơ chế này
là ECC sử dụng nhiều bit để kiểm tra lỗi thay vì một (nhiều bao nhiêu thì
phụ thuộc vào độ rộng bus cho phép). Bộ nhớ ECC sử dụng một thuật toán
đặc biệt cho phép nó không chỉ phát hiện lỗi mà còn sửa chúng. Bộ nhớ
ECC cũng phát hiện trường hợp khi có nhiều hơn một bit trong dữ liệu 1
byte bị hỏng. Tuy nhiên, những lỗi này hiếm khi xảy ra và chúng cũng
không thể sửa được, ngay cả với ECC.
Phần lớn các máy tính được bán ra ngày nay sử dụng các chip nhớ
không-chẵn-lẻ (nonparity). Các chip này không cung cấp bất kỳ cơ chế kiểm
tra hay sửa lỗi nào, mà chúng hoàn toàn phụ thuộc vào khả năng phát hiện
lỗi của bộ điều khiển bộ nhớ.
16

Khoa CNTT - Nhóm 6
PHẦN 3: SƠ LƯỢC VỀ BỘ NHỚ RAM
3.1. Tốc độ.
Đây có lẽ là khái niệm được người dùng quan tâm nhất, tuy nhiên có
người thắc mắc về cách gọi tên, đối với DDR thì có hai cách gọi theo tốc độ
MHz hoặc theo băng thông. Ví dụ, khi nói DDR333 tức là thanh RAM đó
mặc định hoạt động ở tốc độ 333MHz nhưng cách gọi PC2700 thì lại nói về
băng thông RAM, tức là khi chạy ở tốc độ 333MHz thì nó sẽ đạt băng thông
là 2700MB/s (trên lý thuyết).
Thường ở Việt Nam thông dụng các loại RAM có bus 333 và 400,
những loại có bus cao hơn thường xuất hiện ở những loại cao cấp như
Kingston HyperX, Corsair , Mushkin LV nhưng nói chung khá hiếm.
3.2. Độ trễ.
CAS Latency là khái niệm mà người dùng thắc mắc nhiều nhất. Trước
đây, khi đi mua RAM, người mua thường chỉ quan tâm tới tốc độ hoạt động
như 100MHz hay 133MHz nhưng gần đây, khái niệm CAS đang dần được
người dùng để ý bởi nó đóng vai trò khá quan trọng vào tốc độ xử lý tổng
thể của hệ thống, đặc biệt trong ép xung. Vậy CAS là gì? CAS là viết tắt của
“Column Address Strobe” (địa chỉ cột). Một thanh DRAM được coi như một
ma trận của các ô nhớ (bạn có thể hình dung như một bảng tính excel với
nhiều ô trống) và dĩ nhiên mỗi ô nhớ sẽ có toạ độ (ngang, dọc). Như vậy bạn
có thể đoán ngay ra khái niệm RAS (Row Adress Strobe)là địa chỉ hàng
nhưng do nguyên lý hoạt động của DRAM là truyền dữ liệu xuống chân nên
17
Khoa CNTT - Nhóm 6
RAS thường không quan trọng bằng CAS.
Khái niệm độ trễ biểu thị quãng thời gian bạn phải chờ trước khi nhận
được thứ mình cần. Theo từ điển Merriam-Webster thì latency có nghĩa là
'khoảng thời gian từ khi ra lệnh đến khi nhận được sự phản hồi'. Vậy CAS sẽ
làm việc như thế nào? CAS Latency có ý nghĩa gì?

Để hiểu khái niệm này, chúng ta sẽ cùng điểm nhanh qua cách thức bộ nhớ
làm việc, đầu tiên chipset sẽ truy cập vào hàng ngang (ROW) của ma trận bộ
nhớ thông qua việc đưa địa chỉ vào chân nhớ (chân RAM) rồi kích hoạt tín
hiệu RAS. Chúng ta sẽ phải chờ khoảng vài xung nhịp hệ thống (RAS to
CAS Delay) trước khi địa chỉ cột được đặt vào chân nhớ và tín hiệu CAS
phát ra. Sau khi tín hiệu CAS phát đi, chúng ta tiếp tục phải chờ một khoảng
thời gian nữa (đây chính là CAS Latency) thì dữ liệu sẽ được tìm thấy. Điều
đó cũng có nghĩa là với CAS 2, chipset phải chờ 2 xung nhịp trước khi lấy
được dữ liệu và với CAS3, thời gian chờ sẽ là 3 xung nhịp hệ thống.
Bạn sẽ thắc mắc như vậy phải chăng CAS2 nhanh hơn CAS3 tới 33%,
không đến mức như vậy bởi có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng
tổng thể của bộ nhớ điển hình như:
+ Chuỗi xử lý thông tin: kích hoạt RAS, chờ khoảng thời gian trễ RAS-to-
CAS Delay và CAS Latency.
+ Truy cập bộ nhớ theo chuỗi: đôi khi chipset sẽ đọc dữ liệu trong bộ nhớ
RAM theo chuỗi (burst) như vậy rất nhiều dữ liệu sẽ được chuyển đi một lần
và tín hiệu CAS chỉ được kích hoạt một lần ở đầu chuỗi.
+ Bộ vi xử lý có bộ đệm khá lớn nên chứa nhiều lệnh truy cập và dữ liệu; do
đó thông tin được tìm kiếm trên bộ đệm trước khi truy cập vào RAM và tần
số dữ liệu cần được tìm thấy trên bộ đệm (hit-rate) khá cao (vào khoảng
95%).
Nói tóm lại việc chuyển từ CAS 3 sang CAS 2 sẽ tăng hiệu năng xử lý
18
Khoa CNTT - Nhóm 6
cho tất cả các ứng dụng. Những chương trình phụ thuộc vào bộ nhớ như
game hay ứng dụng đồ họa sẽ chạy nhanh hơn. Điều này đồng nghĩa với
việc những thanh RAM được đóng dấu CAS2 chắc chắn chạy nhanh hơn
những thanh RAM CAS3. Nếu bạn dự định mua đồ chơi cho một cuộc đua
ép xung hay đơn giản chỉ cần hệ thống đạt tốc độ tối ưu, hãy chọn RAM
CAS2 nhưng nếu chỉ là công việc văn phòng, CAS 3 hoàn toàn vẫn đáp ứng

yêu cầu.
3.3. Tần số làm tươi.
Thường thì khi nhắc tới khái niệm tần số làm tươi (RAM Refresh
Rate), người ta thường nghĩ ngay đến màn hình máy tính, tuy nhiên bộ nhớ
DRAM (Dynamic Random Access Memory) cũng có khái niệm này. Như
bạn đã biết module DRAM được tạo nên bởi nhiều tế bào điện tử, mỗi tế bào
này phải được nạp lại điện hàng nghìn lần mỗi giây vì nếu không dữ liệu
chứa trong chúng sẽ bị mất. Một số loại DRAM có khả năng tự làm tươi dữ
liệu độc lập với bộ xử lý thường được sử dụng trong những thiết bị di động
để tiết kiệm điện năng.
3.4. Chu kỳ chuỗi
Việc cho ra đời cách đọc dữ liệu theo từng chuỗi (Burst Mode) đã
giúp khắc phục nhiều nhược điểm và tăng hiệu năng cho RAM, chu kì của
chuỗi ngắn hơn rất nhiều chu kì trang của RAM loại cũ. Chu kì của chuỗi
cũng được coi như là chu kì xung nhịp của SDRAM và chính vì thế nó được
coi như thang xác định cho tốc độ của RAM bởi đó là khoảng thời gian cần
thiết giữa các lần truy xuất dữ liệu theo chuỗi của RAM. Những con số -12,
-10, -8 ghi trên các chip RAM cho biết khoảng thời gian tối thiểu giữa mỗi
19
Khoa CNTT - Nhóm 6
lần truy xuất dữ liệu: nhãn -12 xác định chu kì truy cập dữ liệu của RAM là
12ns (nano-giây) đồng nghĩa với việc tốc độ hoạt động tối đa của RAM sẽ là
83MHz. Thường RAM có tốc độ cao sẽ sử dụng chip RAM có chu kì truy
xuất thấp nhưng với chu kì truy xuất thấp chưa chắc RAM đã có thể hoạt
động ở tốc độ cao do còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Do đó đôi khi
bạn sẽ gặp trường hợp thanh RAM có tốc độ thấp nhưng khi đem vào 'thử
lửa' ép xung thì lên được tốc độ cao hơn nhiều so với những loại RAM mặc
định dán nhãn tốc độ cao.
20
Khoa CNTT - Nhóm 6

Chương 4: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BỘ
NHỚ RAM CHUẨN DDRAM
4.1Sự khác nhau giữa DDRam 1, DDRam 2, DDRam 3 - Phân biệt DDR I,
DDR II, DDR III
Sự khác nhau giữa DDRam 1, DDRam 2, DDRam 3 - Phân biệt DDR I,
DDR II, DDR III
-Chúng ta sẽ khám phá những
điểm khác biệt chính về công nghệ giữa
3 loại bộ nhớ DDR, DDR2 và DDR3.
Trước khi bắt đầu, bạn cần biết rằng
DDR, DDR2 và DDR3 đều dựa trên
thiết kế SDRAM ( Bộ nhớ truy cập
ngẫu nhiên động đồng bộ
- Synchronous Dynamic Random
Access Memory), tức là sử dụng tín
hiệu xung nhịp để đồng bộ hóa mọi thứ.
DDR là viết tắt của Tốc độ dữ liệu gấp đôi - Double Data Rate , tức
truyền được hai khối dữ liệu trong một xung nhịp, . Như vậy bộ nhớ DDR
có tốc độ truyền dữ liệu cao gấp đôi so với những bộ nhớ có cùng tốc độ
xung nhịp nhưng không có tính năng này ( được gọi là bộ nhớ SDRAM,
hiện không còn sử dụng cho PC nữa).
Nhờ tính năng này mà trên nhãn của những thanh nhớ thường ghi tốc độ
tốc gấp đôi so với tốc độ đồng hồ xung nhịp thực .
Ví dụ bộ nhớ DDR2-800 làm việc ở tốc độ 400 MHz, DDR2-1066 và
DDR3-1066 làm việc ở tốc độ 533 MHz, DDR3-1333 ở 666.6 MHz
21
Khoa CNTT - Nhóm 6
Hình 1: Tín hiệu xung nhịp và mode DDR
Cần nhớ rằng các tốc độ xung nhịp này là tốc độ tối đa mà bộ nhớ chính
thức có được; chứ không thể tự động chạy ở những tốc độ như vậy. Ví dụ,

nếu bạn dùng bộ nhớ DDR2-1066 lên một máy tính chỉ có thể (hoặc bị
cấu hình nhầm) truy cập hệ thống ở tốc độ 400 MHz (800 MHz DDR), thì
những bộ nhớ này chỉ có thể truy cập tại 400 MHz (800 MHz DDR) chứ
không phải 533 MHz (1,066 MHz DDR). Đó là do tín hiệu xung nhịp
được mạch điều khiển bộ nhớ cung cấp, mà mạch điều khiển bộ nhớ lại
nằm ngoài bộ nhớ (trong Chip NorthBridge ở bo mạch chủ hoặc tích hợp
bên trong CPU, tùy vào từng hệ thống ).
Trên lý thuyết, bộ nhớ DDRx-yyyy (trong đó x là thế hệ công nghệ, còn
yyyy là tốc độ xung nhịp DDR) chỉ có thể sử dụng cho chip bộ nhớ.
Những thanh nhớ ( Module ) bảng mạch điện tử nhỏ gắn những Chip
nhớ sử dụng một cái tên khác: PCx-zzzz, trong đó x là thế hệ công
nghệ, còn zzzz là tốc độ truyền tải tối đa trên lý thuyết (còn gọi là băng
thông tối đa). Con số này cho biết bao nhiêu Byte dữ liệu có thể được
truyền từ mạch điều khiển bộ nhớ sang Module bộ nhớ trong mỗi xung
nhịp đồng hồ .
Bài toán này rất dễ giải bằng cách nhân xung nhịp DDR tính bằng MHz
22
Khoa CNTT - Nhóm 6
với 8, ta sẽ có tốc độ truyền tải tối đa trên lý thuyết tính bằng MB/giây. Ví
dụ, bộ nhớ DDR2-800 có tốc độ truyền tải tối đa trên lý thuyết là 6,400
MB/giây (800 x 8) và Module bộ nhớ mang tên PC2-6400. Trong một số
trường hợp, con số này được làm tròn. Ví dụ như bô nhớ DDR3-1333 có
tốc độ truyền tải tối đa trên lý thuyết là 10,666 MB/giây nhưng module bộ
nhớ của nó lại có tên PC3-10666 hoặc PC3-10600 tùy nhà sản xuất.
Cần phải hiểu rằng những con số này chỉ là số tối đa trên lý thuyết, và
trên thực tế chúng không bao giờ đạt đến, bởi bài toán chúng ta đang tính
có giả thiết rằng bộ nhớ sẽ gửi dữ liệu đến mạch điều khiển bộ nhớ theo
từng xung nhịp một, mà điều này thì không xảy ra. Mạch điều khiển bộ
nhớ và bộ nhớ cần trao đổi lệnh (ví dụ như lệnh hướng dẫn bộ nhớ gửi dữ
liệu được chứa tại một vị trí nhất định) và trong suốt thời gian này bộ nhớ

sẽ không gửi dữ liệu.
Trên đây là lý thuyết cơ bản về bộ nhớ DDR, hãy đến với những thông tin
cụ thể hơn.
Tốc độ
Một trong những khác biệt chính giữa DDR, DDR2 và DDR3 là tốc độ
truyền dữ liệu lớn nhất của từng thế hệ. Dưới đây là danh sách tốc độ
chung nhất cho từng thế hệ. Một số nhà sản xuất đã tạo ra được những
loại chip lớn hơn cả tốc độ trong bảng–ví dụ như các bộ nhớ đặc biệt
hướng tới giới overclock. Những xung nhịp có đuôi 33 hoặc 66MHz thực
ra đã được làm tròn (từ 33.3333 và 66.6666).
23
Khoa CNTT - Nhóm 6
Điện áp
Bộ nhớ DDR3 hoạt động ở điện áp thấp hơn so với DDR2, DDR2 lại
dùng điện áp thấp hơn DDR. Như vậy bộ nhớ DDR3 sẽ tiêu thụ ít điện
hơn DDR2, và DDR2 tiêu thụ ít hơn DDR.
Thường thì bộ nhớ DDR sử dụng điện 2.5 V, DDR2 dùng điện 1.8 V và
DDR3 là 1.5 V (mặc dù các module cần đến 1.6 V hoặc 1.65 V rất phổ
biến và những chip chỉ yêu cầu 1.35 V trong tương lai cũng không phải là
hiếm). Một số module bộ nhớ có thể yêu cầu điện áp cao hơn trong bảng,
nhất là khi bộ nhớ hỗ trợ hoạt động ở tốc độ xung nhịp cao hơn tốc độ
chính thức (ví dụ như bộ nhớ để overclock).
24
Khoa CNTT - Nhóm 6
Thời gian trễ
Thời gian trễ là khoảng thời gian mà mạch điều khiển bộ nhớ phải đợi từ
lúc yêu cầu lấy dữ liệu cho đến lúc dữ liệu thực sự được gửi tới đầu ra .
Nó còn được gọi là CAS Latency hoặc đơn giản là CL. Con số này được
viết theo đơn vị chu kỳ xung nhịp. Ví dụ một bộ nhớ có CL3 tức là mạch
điều khiển bộ nhớ phải đợi 3 chu kỳ xung nhịp từ lúc truy vấn cho đến khi

dữ liệu được gửi. Với một bộ nhớ CL5, mạch điều khiển bộ nhớ phải đợi
5 chu kỳ xung nhịp . Vì thế cần sử dụng những Module có CL thấp nhất
có thể.
25