Hệ thống số - Chủ đề: Tìm hiểu về dram

Unregistered version, please register, www.word-pdf-convert.com HỆ THỐNG SỐ C hủ đề: TÌM HIỂU VÈ DRAM Nhóm 3 11 / 8/201 o T ran g 1 - Giới thiêu vê DRAM. - Phân loại bộ nhớ. ■ ■ - Cấu tạo và nguyên lí hoạt động. - Chức năng các khối. - Cấu tạo và hoạt động của tế bào nhớ. -Tổng kết. Nhóm 3 11/8/2010 T ran g 2 GIỚI THIÊU VÊ DRAM S ơ LƯỢT VẺ BỌ NHỚ RAM:■ ■ - RAM ( Random Access Memory) là bô nhớ truy cập ngẫu nhiên. Chúng có thể truy xuất đến bất kì vị ứí nhớ nào, vào bất kì lúc nào dựa vào địa chỉ của ô nhớ đó.■ ■ - Điều này tao nên sự khác biệt giữa RAM với các thiết bị nhớ tuần tự {sequential memory device) Nhóm 3 11/8/2010 T ran g 3 GIỚI THIÊU VÊ DRAM S ơ LƯỢT VẺ BỌ NHỚ RAM:■ ■ - RAM thông thường được sử dụng cho bộ nhớ chính (main memory). - Thông tin lựu trên RAM chỉ Jà tạm thời, chúng sẽ mất đi khi mất nguồn điện cung cấp. Nhóm 3 11/8/2010 T ran g 4 GIỚI THIỆU VÊ DRAMI • B ộ NHỚ DRAM - DYNAMIC RAM: ■ -Đây là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên thông dụng nhất ngày nay. - DRAM lưu trữ dữ liệu dựa vào tín hiệu■ ■ ■ điện thế trên một tụ diện (capacitor). - Điện thế trên tụ luôn bị rò rĩ. Do đó để lưu giữ tín hiệu thì DRAM phải liên tục được làm tươi. Điều này tạo nên phần động cho DRAM. Nhóm 3 11/8/2010 T ran g 5 Un re GIỚI THIỆU VÊ DRAM S ơ LƯỢT VẺ LỊCH s ử DRAM: - DRAM được phát minh đầu tiên bởi tiến sĩ Robert Dennard tại trung tâm Thomas J.Watson IBM năm 1966. - Đầu năm 1970, Intel chế tạo thành công DRAM dùng một cell 3 transistor tên Intel 1102. Đến 10/1970 Intel cho ra đời Intel 1103 có cell 1 transistor. - Năm 1973 bộ nhớ DRAM đầu tiên có nhiều địa chỉ hàng/cột là Mostek MK4096 (4096x1). Nhóm 3 11/8/2010 T ran g 6 Unregistered version, please register, www.word-pdf-convert.com PHAN LOẠI BỘ NHỠ MEMORY Nhóm 3 11/8/2010 T ran g 7 Unregistered version, please register. WWW. wo r. CAC CHUNG LOAI DRAM - SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) được gọi là DRAM đồng bộ. SDRAM gồm các phân loại: SDR, DDR, DDR2 và DDR3. +SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM), gọi tắt là "SDR". Có 168 chân. Được dùng trong các máy vi tính cũ, bus speed chạy cùng vận tốc với clock speed của memory chip. Nhóm 3 11/8/2010 T ran g s Unregistered version, please register. WWW. wo r. CAC CHUNG LOAI DRAM + DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), gọi tắt là "DDR". Có 184 chân. DDR SDRAM là cải tiến của bộ nhớ SDR với tốc độ truyền tải gấp đôi SDR nhờ vào việc truyền tải hai lần trong một chu kỳ bộ nhớ. Đã được thay thế bởi DDR2. + DDR2 SDRAM ( Double Data Rate 2 SDRAM), gọi tắt là “DDR2”. Có 240 chân, là cải tiến của DDR với tốc độ bus speed gấp đôi clok speed N h ®m 3 11 / 8 / 2 0 1 o T ra n g 9 Unregistered version, please register. WWW. wo r. CAC CHUNG LOẠI DRAM I _ SB a s Eft + DDR III SDRAM (Double Data Rate III Synchronous Dynamic RAM): có tốc độ bus 800/1066/1333/1600 Mhz, so bit dữ liệu là 64, điện thế là 1.5v, tổng số pin là 240. Nhóm 3 11/8/2010 Unregistered version, please register. WWW. wo r. CAC CHUNG LOẠI DRAM I _ SB a s Eft + RDRAM(Rambus Dynamic RAM) gọi tat là "Rambus. Được thiết kế kỹ thuật họàn toàn mới so với SDRAM. Hoạt động đồng bộ theo một hệ thống lặp và truyền dữ liệu theo một hướng. Sử dụng một modul gọi là RIMM(Rambus Inline Memory module) để kết nối các DRAM Nhóm 3 11/8/2010 Trang 11 Unreaisiered version, please reqister. W-A CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG I • • • Chúng ta tìm hiểu 2 vấn đề: - Cấu tạo phần cứng. - Nguyên lý hoạt động. Nhóm 3 11/8/2010 Tnng 12 Un realste red ve CÂU TAO please register, www.word-pdf-convert.com - DRAM được cấu tạo bởi hàng triệu tế bào nhớ được khắc lên một bánh Silicon theo các cột (bitlines) và hàng (wordlines). Điểm giao của bitline và wordline tạo thành đia chỉ của tế bào nhớ. - DRAM có cấu tạo nhỏ hơn SRAM nhờ vào cấu tạo đơn giản của tế bào nhớ. Cùng kích thước nhưng DRAM có dung lượng lớn hom nhiều so với SRAM. Nhóm 3 11/8/2010 Trang Unregistered ve CÂU TẠO please register, www.word-pdf-convert.com Các thành phần chính: - Bộ điều khiển. ■ - Bộ phận tiền nạp. - Bộ khuếch đại.■ ■ - Bộ đệm (đệm địa chỉ, đệm dữ liệu). - Bộ giải mã địa chỉ (giải mã hàng và cột) - Ma trân nhớ. Nhóm 3 11/8/2010 Trang 14 Unregistered version, please register, www.word-pdf-convert.com_ __ _ Ä _______ £ Sơ DO KHOI■ DRAM Điều khiên Địa chi Đệm địa chi 1— rV Dừ liệu vảo Đệm dừ liệu Sơ đồ Cấu tạo DRAM Tiền nạp (préchargé) Ma ưận nhỡ Giái mâ hảng Khuếch đại nhav z f c Đệm dừ liệu Dừ liệu ra Giải mã cột Nhóm 3 11/8/2010 Trang 15 Unreqistered version, please register. www.word-pdf-convert.com s ơ ĐÔ NGUYÊN LÝ Nhóm 3 Giằi mă cột 11/8/2010 Trang 16 Unrea istered' m m CHỨC NĂNG CÁC KHỐI B ộ ĐIỀU KHIỂN - CONTROL BLOCK: ■ - Tạo tín hiệu kích hoạt hoạt động của■ ■ ■ ■ ■ DRAM. - Điều khiển quá trình truy xuất dữ liệu bắng cách tạo ra các tin hiệu clock. - Hỗ trợ điều khiển quá trình làm tươi dữ liêu. Nhóm 3 11/8/2010 Trang 17 Unrea istered' ra m CHỨC NĂNG CÁC KHỐI B ộ PHẬN TIẺN NẠP:■ ■ ■ - Sau mõi lần đọc dữ liệu thì tín hiệu điện áp■ ■ ■ ■ y lưu giữ trong tế bào nhớ bị mẩt. Do đó càn có bộ phận nạp lại điện thế. - Nạp lại tín hiệu điện áp cho tụ để tránh mất mát dữ liệu do tụ bị rò rĩ điện. Chu kì nạp lại■ ■ ■ ■ ■ I ■ rát nhanh, khoảng 2 ms. - ở đây chỉ nạp lại điện áp cho tất cả các bit có giá trị 1. Nhóm 3 11/8/2010 Trang 19 Un re a istered' m m CHỨC NĂNG CÁC KHỐI B ộ PHẬN KHUẾCH ĐẠI - SENSE AMPLIFIER:■ ■ ■ - Có chức năng khuêch đại tín hiệu để xác định giá trị của ô nhớ. - Theo lý thuyết thì mức điện áp 5v đại diện giá trị 1, Ov đại diện giá trị 0. Nhưng thực tế mức điện áp luôn dị dao động trong khoảng Ov đến 5 V. Nhóm 3 11/8/2010 Trang 19 Unrea istered' m m CHỨC NĂNG CÁC KHỐI B ộ PHẬN KHUẾCH ĐẠI - SENSE AMPLIFIER:■ ■ ■ - Do đó cần có bộ phận khuếch đại tín hiệu. Khi mức điện áp trong 3v đến 5v (trên 50%) thì giá trị được đọc là mức 1. Ngược lại nếu điện áp từ Ov đến 2.5v(dưới 50%) đươc đoc là mức 0. Nhóm 3 11/8/2010 Tran«} 20 Unregistered version, please register, www.word-pdf-convertc CHỨC NĂNG CÁC KHÔI BỌ ĐẸM:■ ■ - Đệm địa chỉ.■ ■ - Đệm dữ liệu vào.■ ■ - Đệm dữ liệu ra.■ ■ Nhóm 3 11/8/2010 m m CHỨC NĂNG CÁC KHỐI B ộ ĐỆM ĐỊA CHỈ:■ ■ ■ - Chứa địa chỉ được truyền vào chíp nhớ - Do địa chỉ được xác định bằng mức điện áp nên trong quá trình truyền có thể bị mất mát. Bộ đệm địa chỉ sẽ giúp khôi phục lại mức điện áp đúng với giá trị ban đầu. - Sau khi được khôi phục, địa chỉ sẽ được truyền đến các bộ giải mã địa chỉ. Nhóm 3 11/8/2010 Trang 22 Un re a istered' m m CHỨC NĂNG CÁC KHỐI B ộ ĐỆM D ử LIỆU VÀO RA:■ ■ ■ - Thường là các mạch chốt (latch) hay các flip-flop dùng để lưu giữ dữ liệu đầu vào và ra của chip nhớ. - Khôi phục mức điện áp phù hợp với giá trị, tránh mất mác. Nhóm 3 11/8/2010 Trang 23 Unregistered version, please register, www.word-pdf-convertc CHỨC NĂNG CÁC KHÔI BỌ GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ:■ ■ - Bộ giải mã địa chỉ hàng. - Bộ giải mã địa chỉ cột. Nhóm 3 11/8/2010 Un re a istered' m m CHỨC NĂNG CÁC KHỐI BỌ GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ :■ ■ - Sử dụng một bộ dồn kênh địa chỉ (adress Multiplexing). - Thông thường để mã hóa được 16k hoặc 512k, chip nhớ cần có 14 hoặc 19 chân. Nhưng với bộ dồn kênh địa chỉ, chip nhớ chỉ càn 7 chân hay 10 chân địa chỉ. Nhóm 3 11/8/2010 Tnmqi 25 CHỨC NĂNG CÁC KHÓI BỌ GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ:■ ■ CPU Group 3 MÔ HỈNH MẠCH DỔN KÊNH 11/8/2010 P a g e 2 6 listered' m m CHỨC NĂNG CÁC KHỐI BỌ GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ:■ ■ - Sau khi được tổ hơp địa chỉ sẽ được gửi đến bộ giải mã hàng và bộ giải mã cột. - Khi tin hiệu MUX là 0 thì địa chỉ được gửi đến bộ giải mã hàng. Ngược lại khi MUX là 1 thì didacj chỉ đến bộ giải mã cột. -Việc xác định tín hiệu MUX dữa vào hai tín hiệu RAS và CAS. Khi RAS=0, MUX=0. Khi CAS=0, MUX=1. Group 3 11/8/2010 Bocye u Unregistered version, please register, www.word-pdf-convert.comIM M S sm m m k -....... CHỨC NĂNG CÁC KHỐI BỌ GIẢI MÃ ĐỊA CHỈ:■ ■ MUXJL M S _JL CAS _ L Chốt địa chi hàng vào thanh ghi địa chỉ hàng Chốt địa chi cột vào thanh ghi địa chỉ cột Thời gian cần thiết cho quá trình dồn kênh dữ liệu. Group 3 11/8/2010 Unrea istered' ra m CHỨC NĂNG CÁC KHỐI MA TRẬN NHỚ: ■ - Gồm hàng triệu các tế bào nhớ được sắp xếp theo một ma trận hàng và cột. - Giao giữa hàng và cột chính là địa chỉ của tế bào nhớ đó. Nhóm 3 11/8/2010 Tnng» Unreqistered version, plea.se reqister. www.word-pdf-convert.com M liM H í ......I B Ì HCHỨC NĂNG CÁC KHỐI MA TRẬN NHỚ: ■ RAS S c n ie «nd R ofro«h A m p tittc r« R ow Ađứr D cd r 'TT' ■ T T ■ ■TT' I I T T TT TT I I Nhóm3 11/8/2010 TnmqỊ 30 eaistered version, olease realster. www.word-Ddf- - Dữ liệu trong DRAM được đọc ghi dựa vào mức điện áp được lưu trong tụ điện của tế bào nhớ. Phần này sẽ nói rõ vào phàn tế bào nhớ. - Để đọc ghi dữ liệu, ta căn cứ tín hiệu điều khiển và hai tín hiệu RAS và CAS để mã hóa địa chỉ bằng bộ mà hóa dữ liệu. Nhóm 3 11/8/2010 Trang 31 ease register, www.word-pdf-convert.com NGUYEN LÝ HOẠT ĐỘNG■ • • Chu kì đọc dữ liệu ■ ■ MUX R A S C A S \ D ữ liê u ra X H àng X C ộ t / D ỡ liệu 1 N .\ hdp lệ to ti tí tj u t3 Hoạt động của tín hiệu ứhg với hoạt động đọc trên DRAM Nhóm 3 11/8/2010 Trang 32 Unreaistered X r NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ■ • • Chu kì đọc dữ liệu ■ ■ Giả sử đang ở mức cao trong suốt hoạt động đọc. Sau đây là phản mô tả từng bước hoạt động xảy ra tại những thời điểm trong sơ đồ tín hiệu. to: MUX bị đưa xuống mức tháp để áp các bit địa chỉ hàng vào đầu vào địa chỉ của DRAM. t ị : RÃS bị đưa xuống mức thấp để nạp đĩa chỉ hàng vào DRAM t2: MUX lên mức cao để đặt địa chỉ cột tại các đàu vào địa chỉ của DRAM . t3: CẢs xuống tháp để nạp địa chỉ cột vào DRAM. t4: DRAM đáp ứng lại bằng cách đặt dữ liệu hợp lệ từ vào ô nhớ được chọn lên đường dữ liệu ra. ts: MUX, R Ã & , ỡs và đường dữ liệu ra trở về trạng thái ban đầu. Nhóm 3 11/8/2010 Trang 33 ease register, www.word-pdf-convert.com NGUYEN LÝ HOẠT ĐỘNG■ • • Chu kì ghi dữ liệu M U X RAS C A S X V E>ịa ch ỉ H ả n s C ộ t R /W D ơ liệu v ào \ ____/■ D ữ liệ u hỢp lệ to ti t-2 tj u tj tô Í7 Hoạt động của tín hiệu ỨTìg với hoạt động ghi trên DRAM Nhóm 3 11/8/2010 Trang 34 Unreaistered X r NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ■ • • Chu kì ghi dữ liệu Quá trình ghi được mô tả như sau: to: MUX ở mức tháp để đặt các bit địa chỉ hàng (Ao - Ae) vào đàu vào địa chỉ của DRAM, tị :ẼÃS= NGT nạp địa chỉ hàng vào DRAM t2: MUX lên mức cao để đặt địa chỉ cột (A7 - A13) tại các đầu vào địa chỉ của DRAM. t3: CÃS = NGT để nạp địa chỉ cột vào DRAM. t4: Dữ liệu cần ghi được đạt lên đường dữ liệu vào. ts: m bị kích xuống tháp để ghi dữ liệu vào ô nhớ được chọn. tg: Dữ liệu vào bị loại bỏ khỏi đường dữ liệu vào. t7: MUX^ÃS, ỡs và đường dữ liệu vào trở về trạng thái ban dầu. Nhóm 3 11/8/2010 Trang 35 eaistered version, olease realster. www.word-Ddf- Quá trình làm tươi dữ liệu: Việc làm tươi DRAM phải được xảy ra mỗi 2ms để duy trì dữ liệu. Mỗi một hàng phải được kích bởi chân .õĩscó thể ở mức cao trong trình quá trình tự làm tươi để giảm công suất tiêu thụ. Dù đọc hay viết vào một tế bào nào của một hàng đều phải làm tươi toàn bộ hàng đó. Phương pháp là tươi phổ biến nhất là làm tươi chỉ với , thực hiện bằng việc lựa chọn một địa chỉ hàng với strong khi wvà 0« vẩn ờ mức cao. Nhóm 3 11/8/2010 Tramp 36 TỂ BÀO NHỚ DRAM - Cấu tạo phần cứng. - Nguyên lý đọc ghi dữ liệu. Nhóm 3 11/8/2010 TnmgXT TÊ BÀO NHÖ DRAM CÄU TAO: ■ -Té bào DRAM dim e câu tao dan giàn gôm mot Mosfet và mot tu diên. - Chinh miïc diên àp trong tu së quy dinh giá trj liru tai té bào nhô. Croup 3 11/8/2010 Page 38 NGUYÊN LÝ ĐỌC GHI DỬ LIỆU: • Một tế bào DRAM lưu trữ bao gồm một tụ điện và một thiết bị chuyển (MOSFET) hoạt động như một chuyển đổi (hình minh họa). • Nếu trong tụ điện có điện tích thì tế bào mang giá trị bit là “1” còn ngược lại giá trị đó sẽ là “0”. • Các tế bào được sắp xếp theo các hàng và cột trực giao với nhau tạo nên các mảng. • Thông thường người ta hay dùng các mảng phụ ghép thành 1 mảng chính thay vì chỉ dùng 1 mảng để giảm thời gian truy cập tế bào. Nhóm 3 11/8/2010 Trang39 NGUYÊN LÝ ĐỌC GHI DỬ LIỆU:■ ■ - Khi ghi dữ liệu thì công tắc SW1 và SW2 đóng lại trong khi công tắc SW3 và SW4 vẫn mở, nốí dữ liệu nhập vào tụ c Dữ liệu vào Để đọc dữ liệu tại ô nhớ thì chuyển mạch SW2, SW3 và SW4 đóng lại còn SW1 vẫn mở nối điện thế lưu trữ với bộ khuếch đại. Bộ khuếch đại sẽ so sánh điện thế này vớj giá trị tham khảo rảo đó để quyết định là logic 1 hay logic 0, rồí đưa ra giá trị ov hay 5V cho đầu ra dữ liệu. Mạch khuếch ^ dạicim biến Biếu diễn một ò nhớ của DRAM Group 3 11/8/2010 r. www. wo rd-p df-co n ve i t co rn UtT DIEM: - Sir dung it transistor nen chi phi th§p, dien tich nho. ■ - Co th§ th ilt k§ bo nha vai dung luang Ian. I Group 3 11/8/2010 nage41 Unreqií /ersion, please register. www.word-pdf-convert.com KHUYÉT ĐIỂM: Tốn thời gian làm tươi dữ liệu Hạn chế tốc độ truy xuất. Nhóm 3 11/8/2010 Trang 42