Bài giảng CPU RAM

Hỗ trợ SMM (chế dộ quản lý hệ thống)AMD K6-2/K6-3(1998-1999):K6-2:-Tốc độ nhịp và các tốc độ bus cao hơnTốc độ bus 100Mhz, hỗ trợ AGPRa đời công nghệ 3DNOW21 chỉ lệnh multimedia tăng khả năng vận hành 3D, ứng dụng thiên về chấm độngCache L1 lớn, L2 “tốc độ lõi” tích hợp(Tiếp theo)K6-3: giống K6-2256KB cache L2 tốc độ lõi tên khuông dậpCó thể nâng cấp BIOS khi nâng cấp hệ thống lên k6-2 và K6-3AMD Athlon(1999 hiện nay):Phiên bản đầu tiên: 500Mhz vượt 1GhzThực hiện ý tưởng riêng (slot A: 242pin)SlotA không tương thích slot 1 của IntelKiến trúc siêu ống dẫn, siêu vô hướngChứa 9 ống dẫn thi hành:3 cho phép tính địa chỉ3 cho phép tính số nguyên3 để thi hành x87 (dấu chấm động):3DNOW,MMXTrắc nghiệm: khả năng vận hành dấu chấm động AMD Athlon gấp 35% IntelEnhance 3DNOW:24 lệnh mới5 phần mở rộng DSP cho soft modem,soft ADSL, ứng dụng MP3Cache L1: 128KB, bộ điều khiển cache L2 backside 64 bit (512KB đến 8M).Bus hệ thống 200Mhz,tốc độ 1,6GB/s 400MHz, 3,2GB/s.Hỗ trợ tính năng đa xử lý(Tiếp theo)4.6 CPU CYRIX:6x86 (1995 -1997)-dùng 2 bộ số nguyên siêu ống dẫn được tối ưu hóa- 1bộ FPU với tính năng (gỡ bỏ tính lệ thuộc dữ liệu, tiên đoán nhánh, thực hành suy đoán)1cache ghi sau 16KBDùng hệ thống đánh giá PRNhược điểm: FPU không tốt bằng AMD, Intel. Và tỏa nhiệt qúa mức4.7 Chỉnh quá nhịp đồng hồ:(Overclocking)Tận dụng hết khả năng mọi xung nhịp cuối cùng.Vận hành CPU ở tốc độ xung nhịp hoặc tốc độ bus cao hơn.Thay đổi (jumper/switch) trên mainboard.Rủi ro: có thể làm hỏng CPU.Các yêu cầu trong overlocking: bốn thành phần quan trọng: CPU, bo mẹ, Ram, hệ thống làm mát.(Tiếp theo)CPU: Intel dễ thành công hơn AMD, CYRIX (do chạy sát giới hạn).Thuờng bị hạn chế tỉ lệ nhânMainboard:CPU thường nhạy cảm với các tín hiệu không ổn định từ bus.Thường hỗ trợ bus 66MHZ, nhưng có thể vận hành 75 hoặc 83MHz.Hỗ trợ nhiều điện áp nguồnRam: EDO RAM vận hành tốt 66MHz, SDRAM thường vận hành tốt 75MHz hoặc 83MHzHệ thống làm mát: xung nhịp càng nhiều yêu cầu điện năng tăng  nhiệt phát sinhCác thất bại điển hình:Hoạt dộng gián đoạn.Tuổi thọ giảm sút.Thất bại hoàn toàn(Tiếp theo)BỘ NHỚ Nơi chứa mã chương trình và dữ liệuVới sự phát triển CPU, những phần mềm phức tạp đòi hỏi bộ nhớ lớn và nhanh hơnBộ nhớ Cache, FPM RAM, EDORAM, SDRAM, flash BIOS, DDR RAM, RDRAM5.1 Những khái niệm:Tổchức của bộ nhớLà một dãy ô nhớ tổ chức thành hàng(row) và cột (column)Mỗi hàng được gọi làmột địa chỉ (address) trên IC nhớCác cột tượng trưng cho các bít dữ liệu trong mỗi hàngGiao giữa hàng và cột là một bít nhớ riêng lẻ (gọi là một ô nhớ - cell)Các đường tín hiệu của bộ nhớ:Các đường địa chỉ, đường dữ liệu và các đường điều khiển.Địa chỉ là một số nhị phân và mạch chuyển bên trong IC sẽ chuyển đồi thành các tín hiệu cụ thể.Đường dữ liệu có nhiệm vụ đa (theo cả 2 chiều)Các đường điều khiển được dùng điều hành IC nhớ:Đường tín hiệu R/W (read/write): chỉ rõ dữ liệu được đọc ra khỏi địa chỉ chỉ định hay ghi vào nó.Đường tín hiệu CS (chip select) kích hoạt một IC nhớ hoạt độngRAS (Row Address Select) CAS (column Address Select) để phục vụ hoạt động làm tươi.5.2 các cấu trúc và các kiểu dóng gói IC nhớCó 4 kiểu đóng gói bộ nhớ thường dược dùng:DIP (Dual In-line Package):Kiểu cổ điển, dùng cho công nghệ gắn xuyên lỗ.khả năng tương thích với các đế cắm ICKích thuớc tổng thể làm tốn nhiều không gian trên mạch.Dùng trong các PC đới củ (286 và cũ hơn) các mạch hiển thị VGA/SVGA đời cũ.SIP (Single In-line Package): ngày nay ít được sử dụngTrong các máy 286 đời cuối và 386 đởi đầuSOJ (Small Out-line “J” Lead): kiểu phổ biến hiện nayCác chân dẫn thò ra từ IC nhưng được bẻ cong xuống duới gói IC thành hình chữ “J”.Có thể thay thếCác module SIMM.TSOP (thin Small-Outline Package)Giống SOJ, kiểu gói dán bề mặtThân nhỏ, mảnh5.3 Cách tổ chức bộ nhớ trong hệ thống máy PCCách điều hành và quản lý bộ nhớ.Tương thích ngược với các máy đời cũ  bị hạn chế  bổ sung các kiểu bộ nhớ khác, cùng phần cứng và phần mềm.VD: các PC đời cũ chỉ quản lý 1MB bộ nhớ.Các phân loại thông thường:Bộ nhớ qui uớc (conventional memory)bộ nhớ mở rộng (extended memory)bộ nhớ bành trướng (expanded memory)Ngoài ra (bộ nhớ cao).chỉ có ý nghĩa đối với phần mềm sử dụngBộ nhớ qui ước (conventional memory)640KB bộ nhớ truyền thống giới hạn của DOStừ 00000h – 9FFFFhDùng để nạp và chạy các ứng dụngNguyên thủy chỉ cung cấp 512KBPhần trên từ 640KB -1M dành cho những cúc năng hệ thống.Bộ nhớ mở rộng (extended memory)Khắc phục hàng rào 640KBĐịnh địa chỉ theo chế độ bảo vê (protected mode)80280 có thể định 16MB bộ nhớ, CPU hiên nay có thể đến 4GB hoặc cao hơnYếu tố chủ chốt: phần mềm quản lý (phải được nạp để máy tính có thể truy cập bộ nhớVD: DOS 5.0 có tiện ích HIMEM.SYSDOS không dùng được bộ nhớ mở rộngBộ nhớ bành trướng (expanded memory)Khắc phục 640KB của cách định địa chỉ thựcCác khối (block) bộ nhớ bành trướng được chuyển vào trong phạm vi bộ nhớ co sở  chương trình có thểtruy cập trong chế độ thựcĐặc tả: sử dụng những bank 16KB ánh xạ vào trong phạm vi 64KB chế độ thực  có thể xử lý 4 blocks bộ nhớ bành truớng VD: tiện ích EMM386.exe của DOSVùng nhớ trên (UMA):Vùng 384KB bên trên của bộ nhớ thực.Dành riêng xử lý làm bộ nhớ hệ thống.Không dùng toàn bộ 384KBKhông thề dùng cho chương trình ứng dụng, nhưng có thể cho các driver và TSR.Vùng nhớ cao (HMA):Có thể truy cập 1 đoạn segment (64KB) mp\ộ nhớ mở rộng trong chế độ thực.Do cách sáp đặt các đường tín hiệu địa chỉ.Không liên lạc với 640KB của DOS5.4 những điểm cần lưu ýtốc độ: thời gian truy cập (access time): khoảng thời gian trễ từ lúc trong bộ nhớ được xác định xong địa chỉ cho tới lúc dữ liệu được đưa tời bus dữ liệu,Đơn vị ns: thường 50 -60nsKhông cải thiện được tốc độ khi dùng bộ nhớ nhanh trong hệ thống chậmCàng nhiều wait states thì hiệu năng hoạt động hệ thống càng thấp.5.5 tìm hiểu về sự “làm tươi” bộ nhớLàm mạnh lại tín hiệu điện trong bộ nhớ DRAMKhông làm tươi, dữ liệu sẽ bị mấtMỗi ô nhớ trong mảng sắp xếp của bộ nhớphải được đọc ra rối ghi vào lại.Được xử lý bởi chipset bo mạch chính5.7 Các loại bộ nhớ vật lýDRAM (Dynamic RAM)Dạng bộ nhớ thông dụngĐơn giản, ít tốn kém, dễ sản xuấtNội dung phải được làm tươi sau vài msbị ảnh hưởng bởi thời gian truy cậpNgày nay: còn được dùng trong bộ nhớ hiển thịSRAM (Static RAM)Kiểu bộ nhớ cổ điểnKhông cần làm tươiTốc độ truy cập nhanh hơn nhiều so với DRAMChế tạo phức tạp (6 transistor hoặc hơn để lưu 1 bit)Tiêu thụ nhiều điện năngThường dùng làm cache L2 trong PCVRAM (video RAM)Dùng cho việc hiển thi thông tin nhanhPhát minh bởi SamsungDùng cách sắp xếp dual data bus: một bus dữ liệu nhập, một bus dữ liệu xuấtViêc đọc dữ liệu và ghi vào VRAM xảy ra cùng lúc  cài thiện tốc độ hơn nhềiu so với DRAMFPMDRAM (fast page mode DRAM)Phát triển từ DRAMDRAM: mỗi lần truy cập DRAM phải định lại trang cần đọc.FPM cho phép CPU truy cập nhiều phần dữ liệu trên cùng trang không cần định vị lạiEDRAM (Enhanced DRAM)Đặt 1 lượng nhỏ RAM tĩnh vào trong bản thân từng module EDRAMGiống cache được bổ sung bên trong RAMHoạt động giống FPMDRAM, nhưng đọc dữ liệu từ cache trướcEDO RAM(Extended data ouput RAM)Một biến thể của DRAMKéo dài thời gian truy xuất có hiêu lựcThực hiện bằng cách sửa đổi vùng đệm xuất, dữ liêu vẫn có hiệu lục cho dến khi co tín hiệu giải phóngCải thiên từ 15 -30% hiệu năng của bộ nhớBo mạch chính phải dùng 1 chipset để chấp nhận EDOBEDORAM (Brust EDORAM)Dạng biến thể tử EDORAMĐọc dữ liệu theo từng chủm: sau khi dự liệu hợp lệ được cung cấp, ba địa chỉ kế tiếp có thể được đựoc trong mỗi chu kỳ (x-a-a-a)Gặp khó khăn trong việc yểm trợ bo mạch chính tố độ hơn 66MHZSDRAM (Synchronous DRAM)Truyền dữ liệu theo 1 tỉ lệ nào đó của xung nhịpViệc xuất có thể thực hiện vào bất kỳ thời điểm trong chu kỳ xung nhịpCung cấp chế độ “pipeline brust”: cho phép một cuộc truy cập thứ nhì bắt dầu trước khi cuộc truy cập hiện tại thực hiện xong.Thời gian truy cập giảm (10ns) tốc độ 100MB/sĐược sử dụng rộng rãi hiện nay.Hoạt động giống BEDO RAMTốc dộ truyền 66,100, 133MHz hổ trợ các máy PntiumCDRAM (cached DRAM)Tích hợp cache và DRAMsử dụng giải pháp “set-associative”DDR RAMCho phép tăng gấp đôi tốc độ so với SDRAM266Mhz, 333Mhz, 400Mhz.RDAM (Rambus DRAM)Do hãng Rambus Inc chế tạoTạo một kiến trúc mới (kênh Rambus)dữ liệu được gửi theo từng khối 256 bytevới một xung nhịp kép 250Mhz, tốc độ 500MB/sTốn kém về thiết kếchỉ thấy RDAM trong các máy chuyen dụng cao cấpVD: mainboard chipset Intel8505.7 Các kỹ thật thực hiện bộ nhớ trong máyBa kiến trúc phổ biếnbộ nhớ phân trang (paged memory)bộ nhớ đam xen (interleaved memory)Đệm cache bộ nhớ (memory caching)Bộ NHỚ PHÂN TRANG (PAGED MEMORY)Chia Ram hệ thống thành từng nhóm (trang)Một trang từ 512byte đến vài KB.Cho phép truy cập trên cùng trang mà không phải đợiBộ NHỚ ĐAM XEN (INTERLEAVED MEMORY)Hiệu năng tốt hơn bộ nhớ phân trang.Kết hơp 2 bank bộ nhớ thành một.Nội dung bộ nhớ bố trí luân phiên giữa 2 vùng này.Cho phép truy cập lần thứ 2 trước khi lần thứ nhất thực hiện xongPhải cung cấp các module dưới dạng các cặp bằng nhauNếu gắn vào 1 bank  hiêu năng kémĐệm cache bộ nhớ (memory caching)Cache là 1 lương SRAM (8KB-1MB) tạo thành mạch thứ cấpHiệu năng 5 -15nsDùng 1 IC kiểm soát cache theo dõi vị trí nhớ.CPU kiểm tra dữ liệu ở cache trướcPC: thường có 2 cấp độ cache.Bộ nhớ bóng (Shadow memory)Khắc phục thời gian truy cập chậm của ROM BIOSNội dung của ROM được nạp vào RAM hki hệ thống khởi độngCó ích trong những chip không dùng toàn bộ độ rộng bus.VD: một hệ thống 16bit dùng bo mạch chức 1 IC ROM 8 bit phải dùng 2 lần truy cập mới được 16 bit5.8 Vấn đề PARITYgiữ cho dữ liệu và chương trìng không hề bị lỗi  kỹ thuật parityNguyên lý: mỗi byte ghi vao bộ nhớ đều được kiểm tra và một bit thứ 9 được nối thêm vào sau byte với tính cách một bit kiểm traNếu parity đọc khớp với parity tính: dữ liệu được xem là có giá trị1 byte được cấp 1bit parity, máy 32bit có 4bit parity2 kiểi parity:Parity chẳn(even parity):Bit patiry là 0: nếu số lượng bit 1 là chẳnBit patiry là 1: nếu số lượng bit 1 là lẻParity lẻ(odd parity):Bit patiry là 0: nếu số lượng bit 1 là là lẻBit patiry là 1: nếu số lượng bit 1 là chẳn