18/08/2014 11:24:41 AM

Bài viết sưu tầm

Bộ nhớ

a) Các phần tử thông tin (Bộ nhớ)

Điểm chính

Ø Phần tử thông tin gồm có ROM và RAM

Ø SRAM và DRAM là hai loại tiêu biểu của RAM

Bộ nhớ bán dẫn là bộ nhớ được làm từ các mạch tích hợp (ICs) sử dụng chất liệu bán dẫn. Bộ nhớ bán dẫn bao gồm ROM bộ nhớ không thể ghi lại được và RAM bộ nhớ có thể ghi lại được

*) ROM (Bộ nhớ chỉ đọc)

ROM là bộ nhớ bán dẫn mà dữ liệu không bị xóa khi mất điện[1]. Với Mask ROM và PROM thì dữ liệu chỉ được ghi một lần; tuy nhiên EPROM dữ liệu có thể được ghi nhiều lần sử dụng một phương pháp đặc biệt. Phân loại và đặc điểm của ROM được trình bày trong bảng dưới đây

Loại (Tên)	Đặc điểm
Mask ROM	Dữ liệu được ghi vào tại thời điểm sản xuất. Dữ liệu không thể ghi lại được sau đó.
PROM (ROM lập trình được)	Dữ liệu PROM được ghi bởi người dùng trong lần đầu tiên sử dụng. Dữ liệu không thể ghi lại được ở các lần sau.
EPROM (PROM có thể xóa)	Dữ liệu EPROM được ghi bởi người dùng bằng điện. Toàn bộ dữ liệu có thể xóa được bằng cách sử dụng tia tử ngoại.
EEPROM (Electrically EPROM)	Toàn bộ dữ liệu có thể xóa và ghi lại được. Dữ liệu được xóa bằng điện.
Flash memory[2] (Bộ nhớ cực nhanh)	Việc xóa và ghi lại được thực hiện một cách tập trung hoặc theo khối. Dữ liệu được xóa bằng điện.

*) RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên)

RAM là bộ nhớ bán dẫn mà nội dung của nó sẽ bị mất khi mất điện. Khác với ROM, nội dung của RAM có thể thay đổi được vì vậy nó được dùng cho bộ nhớ chính, bộ nhớ đồ họa[3] và bộ nhớ đệm.

Hai loại RAM thông thường là SRAM và DRAM. Đặc điểm của SRAM và DRAM được tổng hợp và đưa ra trong bảng dưới đây

Các mục so sánh	SRAM	DRAM
Mức độ tích hợp	Thấp (dung lượng nhỏ)	Cao (dung lượng lớn)
Tốc độ truy cập	Nhanh	Chậm
Giá thành	Đắt	Không đắt
Cách dùng	Bộ nhớ đệm[4], Các thiết bị hoạt động bằng pin	Bộ nhớ chính
Hoạt động	Không cần phải làm tươi	Cần phải làm tươi.
Cấu trúc	Flip-flop Cấu trúc phức tạp	Tụ điện và các transistors Cấu trúc đơn giản

*) SRAM (RAM tĩnh)

SRAM được tạo thành từ các flip-flop[5], vì vậy không cần thao tác làm tươi và có thể tăng tốc độ đọc và ghi thông tin. Tuy nhiên giá thành SRAM cao hơn DRAM với cùng một dung lượng do cấu trúc của SRAM phức tạp hơn so với DRAM. Vì lý do này nó được dùng chủ yếu ở những nơi cần tốc độ cao, không quan trọng giá thành, những nơi quan trọng, ví dụ như trong bộ nhớ đệm. SRAM cũng thường được sử dụng trong các thiết bị hoạt động bằng pin.

*) DRAM (RAM động)

DRAM được tạo thành từ các tụ điện và các transistor, biểu diễn việc có hoặc không có điện tích trong tụ điện bởi các logic 1 và 0. Sau một thời gian thì điện tích trong tụ điện sẽ bị mất đi, đó là nguyên nhân dẫn đến mất dữ liệu. Do đó DRAM cần được ghi lại (làm tươi lại) trong những khoảng thời gian nhất định (cứ mỗi vài mili giây). Vì cấu trúc của DRAM đơn giản hơn, giá thành sản xuất thấp nên được sử dụng chủ yếu trong bộ nhớ chính của máy tính PC[6].

Các loại DRAM được trang bị chức năng trao đổi dữ liệu tốc độ cao gồm có SDRAM và DDRAM

b) Kiến trúc bộ xử lý

Điểm chính

Ø Máy tính bao gồm 5 khối chính

Ø Có rất nhiều phương pháp định địa chỉ như định địa chỉ trực tiếp, định địa chỉ gián tiếp...

Thuật ngữ kiến trúc ở đây còn liên quan đến “cấu trúc hay tổ chức”. Kiến trúc bộ xử lý cũng liên quan đến cấu hình và các hoạt động cơ bản của máy tính

*) Cấu hình của máy tính

Hình dưới đây chỉ ra cấu hình cơ bản của một máy tính. Cấu hình này được gọi là “5 khối lớn” hay “5 chức năng lớn”[7] bởi vì có 5 thành phần chính

http://me.zing.vn/jpt/photodetail/dangocuong/3010399271

Khối điều khiển và khối tính toán kết hợp với nhau gọi là khối xử lý hay khối xử lý trung tâm (CPU).

*) Sự tính toán địa chỉ và các phương pháp định địa chỉ

Một chương trình được lưu trong bộ nhớ chính và được thực hiện theo từng lệnh bởi khối điều khiển. Sự tính toán địa chỉ để xác định vị trí của dữ liệu cần được xử lý.

Sự tính toán địa chỉ là chức năng lấy về địa chỉ thực dựa trên trường địa chỉ cho trong lệnh. Phương pháp tính toán địa chỉ được gọi là phương pháp định địa chỉ. Địa chỉ truy cập thực sự, kết quả của phép tính toán địa chỉ được gọi là địa chỉ hiệu dụng. Các phương pháp định địa chỉ được mô tả chi tiết dưới đây

*) Phương pháp định địa chỉ trực tiếp

Trong phương pháp này, nội dung ô nhớ được lưu trữ trong trường địa chỉ của lệnh là dữ liệu cần thao tác.

（Phương pháp định địa chỉ trực tiếp）

Phương pháp định địa chỉ gián tiếp

Trong phương pháp này, nội dung ô nhớ được lưu trữ trong trường địa chỉ của lệnh chưa phải là dữ liệu cần thao tác; Mà dữ liệu được lưu trữ tại địa chỉ được chỉ ra bởi nội dung đó mới là dữ liệu cần thao tác.

（Phương pháp định địa chỉ gián tiếp）

Phương pháp định địa chỉ chỉ số (thay đổi chỉ số)

Trong phương pháp này, địa chỉ hiệu dụng được tính bằng tổng giá trị của địa chỉ (lưu trong trường địa chỉ của lệnh) với giá trị của thanh ghi chỉ số.[8] Ví dụ, khi xử lý một mảng, chúng ta có thể tham chiếu nội dung của các địa chỉ khác đơn giản bằng cách thay đổi nội dung của thanh ghi chỉ số.[9]

（Phương pháp định địa chỉ chỉ số）

Phương pháp định địa chỉ cơ sở

Trong phương pháp này, địa chỉ hiệu dụng là tổng của địa chỉ được chỉ ra bởi trường địa chỉ của lệnh và nội dung của thanh ghi địa chỉ cơ sở[10]

（Phương pháp định địa chỉ cơ sở）

Phương pháp định địa chỉ tức thì

Theo phương pháp này thì trường địa chỉ của lệnh lưu trữ trực tiếp dữ liệu cần xử lý, không phải là địa chỉ.[11]

*) RISC và CISC

Có rất nhiều loại công nghệ đã được sử dụng để tăng tốc độ xử lý máy tính; RISC và CISC là những ví dụ của công nghệ này. Với sự tiến bộ của công nghệ bán dẫn, mật độ tích hợp của các mạch tích hợp tăng lên một cách liên tục. Hiện tại, máy tính được làm từ các mạch tích hợp, và RICS và CISC là 2 cách tiếp cận cho việc phát triển các máy tính. Các máy tính được cấu hình cho tốc độ cao với tập lệnh đơn giản và phần cứng đã được đơn giản hóa được gọi là RISCs. Ngược lại cấu trúc tập lệnh phức tạp được cấu hình trong một mạch được gọi là CISCs.

RISC (Máy tính với tập lệnh rút gọn)

Các máy tính này chỉ có một tập lệnh đơn giản, các lệnh thường xuyên sử dụng được tích hợp trong một chip VLSI (tích hợp mật độ rất lớn) để đạt được hiệu năng cao thông qua việc cải thiện tốc độ xử lý và giảm thời gian thực hiện lệnh. Điểm đáng lưu ý của kiến trúc RISC là độ dài của của các lệnh là cố định và như nhau, thời gian thực hiện mỗi lệnh cũng được hạn chế. Bằng cách làm như vậy dễ dàng áp dụng điều khiển đường ống lệnh(pipeline). Tuy nhiên, số lượng các lệnh phải thực hiện trở nên lớn trừ khi các chương trình đối tượng có hiệu suất cao được tạo, vì vậy trình biên dịch (compiler) cần thiết phải có chức năng tối ưu hóa[12]. Hầu hết các máy tính trạm đều thuộc loại này.

CISC (Máy tính với tập lệnh phức tạp)

Những máy tính này có tập lệnh phức tạp được tích hợp trên một VLSI chip theo để đạt được hiệu năng toàn bộ cao. Hầu hết các máy tính mục đích chung đều có kiến trúc CISCs.

*) Điều khiển đường ống lệnh

Chúng ta đã đề cập RISC và CISC như là những công nghệ để cải thiện tốc độ xử lý của máy tính. Để cải thiện hơn nữa tốc độ xử lý, hệ thống RISC sử dụng điều khiển đường ống lệnh. Điều khiển đường ống lệnh là một kỹ thuật giảm thời gian thực hiện lệnh của CPU. Việc này được thực hiện như sau: Các bước thực hiện của một lệnh được chia ra làm 5 hoặc 6 bước nhỏ, và nếu mỗi bước được hoàn thành trong một khoảng thời gian xác định và các bước lệnh là độc lập với các bước khác thì chúng ta có thể cải thiện tốc độ xử lý bằng cách trễ việc thực hiện mỗi lệnh một bước so với lệnh trước đó. Tuy nhiên trong thực tế, việc ghép nối lệnh, sẽ mất thời gian khi địa chỉ lệnh tiếp theo chưa được xác định, và một vài bước không thể hoàn thành trong một khoảng thời gian cố định. Điều khiển đường ống lệnh xử lý lệnh một cách đồng thời và cung cấp một phương pháp để tăng tốc độ của máy tính mặc dù mọi việc không phải lúc nào cũng hoạt động theo đúng ý tưởng[13]