Trung tâm quản trị mạng và an ninh mạng quốc tế Athena

Sức mạnh của những thiết bị điện toán nói chung và máy tính cá thể nói riêng đã tăng trưởng nhanh đến khó tin trong vài thập kỷ vừa mới qua, khi những CPU và GPU phổ thông ngày này đã có vận tốc giám sát lên tới nhiều tỷ phép tính mỗi giây .
Tuy nhiên, những nâng cấp cải tiến về kích cỡ bóng bán dẫn và xung nhịp chip vẫn chỉ là một nửa của câu truyện, vì kiến trúc máy tính văn minh yên cầu vai trò ngày càng lớn của một thành phần quan trọng khác : đó là bộ nhớ !
Thật vậy, giống như những chiếc máy xay bột cần có nguyên vật liệu nguồn vào là hạt ngũ cốc, máy tính cũng có dạng “ nguyên vật liệu ” nguồn vào của riêng nó, đó là tài liệu .

Dù cho chiếc máy xay của bạn có công suất lớn đến đâu, nếu khả năng cung cấp hạt ngũ cốc của bạn là chậm với số lượng hạn chế, thì bạn cũng không thể đòi hỏi đầu ra với số lượng bột lớn. Bộ nhớ, với vai trò là nơi lưu trữ dữ liệu, xử lý cả đầu vào lẫn đầu ra trong máy tính, do đó cũng trở thành yếu tố quan trọng quyết định tốc độ của thiết bị điện toán.

Trong Series bài viết ngắn về bộ nhớ máy tính này, mình sẽ lần lượt trình diễn, phân loại tính năng và những đặc tính kỹ thuật của những loại bộ nhớ .
Không chỉ nhằm mục đích hiểu thêm về chính sách hoạt động giải trí của máy tính mà còn giúp những bạn có năng lực nghiên cứu và phân tích lựa chọn những thành phần bộ nhớ và linh phụ kiện tương quan khi kiến thiết xây dựng mạng lưới hệ thống máy tính của riêng mình .
Trong bài viết tiên phong này, mình sẽ trình diễn tổng quan những thông số kỹ thuật của bộ nhớ trên máy tính tân tiến, với khái niệm máy tính ở đây gồm có cả những thiết bị di động như Tablet, smartphone … bởi rất rõ ràng, tất cả chúng ta đã dần không còn hoàn toàn có thể nhận ra ranh giới phân biệt những loại thiết bị này với PC truyền thống cuội nguồn nữa !

#1. Dung lượng bộ nhớ máy tính

Nền tảng của công nghệ xử lý và lưu trữ số là toán học nhị phân, với mỗi chữ số (bit) chỉ mang một trong hai trạng thái 0 và 1 tương ứng đóng/ngắt của linh kiện điện tử.

Bằng việc phối hợp nhiều bit theo những quy ước có sẵn, người ta hoàn toàn có thể màn biểu diễn mọi ký tự và chữ số của những hệ chữ viết và cơ số khác. Điều quan trọng nhất là hệ nhị phân đủ đơn thuần để phong cách thiết kế giải quyết và xử lý trên những bảng mạch điện tử, điều mà những hệ cơ số phức tạp khác không hề làm được .

Dung lượng bộ nhớ chính là khả năng lưu trữ nhiều hay ít của thiết bị nhớ được tính theo đơn vị bit. Trong thực tế, dữ liệu lưu trữ trên máy tính là những bội số rất lớn của bit, chẳng hạn một ký tự thông thường mã hóa theo bảng mã ASCIIđã cần đến 8 bit. Do đó cần những đơn vị lớn hơn để thể hiện cho bớt phức tạp:

• 1 Nibble= 4 bit
• 1 Word= 8 bit= 1 Byte(1B)
• 1 Double Word= 16 bit
• 1TB=1024GB=1024^2MB=1024^3KB=1024^4B=8*1024^4b
• Các ổ cứng HDD phổ thông ngày nay cũng có dung lượng vài trăm GB đến vài TB

Đến đây ta có thêm một khái niệm mới là Byte, đơn vị chức năng mà nhiều khi vẫn bị nhầm lẫn với bit cả về mặt ký hiệu và sử dụng .
Như đã nói ở trên, hầu hết máy tính thời nay sử dụng bảng mã ASCII để mã hóa dữ liệu, với mỗi 8 bit để mã hóa một ký tự. Do đó người ta đã đặt ra đơn vị chức năng Byte với 1B yte = 8 bit để thuận tiện hơn khi màn biểu diễn .
Ký hiệu của bit sử dụng chữ b viết thường trong khi với Byte người ta sử dụng ký tự viết hoa B. Do đó lần tới phát hiện kí hiệu Kb hay Mb, đừng nhầm lẫn mà hãy tỉnh táo đem chia 8 trước khi thu được những đơn vị chức năng quen thuộc là Kilobyte ( KB ) / Megabyte ( MB ) .

#2. Tần số làm tươi/ làm mới ( Refresh Rate)

Đây là thông số kỹ thuật đặc trưng so với những loại bộ nhớ tàng trữ sử dụng tụ điện như DRAM rất thông dụng thời nay : Sau mỗi khoảng chừng thời hạn nhất định những tụ điện cần được nạp lại để bù vào phần điện tích đã mất đi do rò rỉ, bảo vệ tính đúng chuẩn và đáng tin cậy của tài liệu .
Số lần tái nạp của tụ trên mỗi giây chính là Refresh Rate của bộ nhớ DRAM, hoàn toàn có thể lên tới hàng ngàn lần mỗi giây. Tuy nhiên vận tốc bộ nhớ không bị ảnh hưởng tác động nhiều bởi thông số kỹ thuật này, mà bởi xung nhịp bộ nhớ sẽ được trình diễn dưới đây

#3. Xung nhịp (BUS clock)

Không giống như con người, các linh kiện máy tính phân chia việc thực hiện từng lệnh thành những khoảng thời gian rất nhỏ bằng nhau tuyệt đối.

Do đó yên cầu cần một bộ đếm thời hạn ( Clock ) để tinh chỉnh và điều khiển việc triển khai tuần tự những lệnh và chuyển tiếp đến lệnh tiếp theo .
Chẳng hạn CPU có xung nhịp 2000 mhz, nghĩa là mỗi giây bộ đếm của nó sẽ đếm được tỷ chu kỳ luân hồi xung. Nếu mỗi lệnh được giải quyết và xử lý trung bình mất 2 chu kỳ luân hồi xung, thì mỗi giây CPU sẽ giải quyết và xử lý được 2 tỷ / 2 = 1 tỷ lệnh !
Bộ nhớ, suy cho cùng cũng chỉ là nơi phân phối tài liệu để CPU giải quyết và xử lý. Do đó để hoàn toàn có thể tiếp xúc được với CPU, bộ nhớ cũng cần một bộ đếm thời hạn riêng cho mình để biết khi nào nên đưa tài liệu lên / nhập tài liệu về từ đường truyền ( BUS ) nối với CPU .
Thông số về số lần tiếp xúc với đường truyền của bộ nhớ chính là BUS clock của nó, thường thì từ vài trăm mhz đến vài ghz .
Ngày nay, trên những bộ nhớ chuẩn DDR ( Double Data Rate ), mỗi chu kỳ luân hồi tiếp xúc hoàn toàn có thể truyền được hai lần tài liệu, do đó mà những đơn vị sản xuất ghi thông số kỹ thuật xung nhịp bộ nhớ gấp đôi số lượng thực. Chẳng hạn bộ nhớ ram DDR4-2400mhz thực ra chỉ có xung nhịp 1200 mhz mà thôi !

#4. Độ rộng đường truyền (BUS width)

Như đã nói ở trên, BUS là những đường dây điện link và truyền tải tài liệu giữa những thành phần của máy tính với nhau, nổi bật là link CPU-RAM. Dễ dàng nhận thấy số lượng dây nối này càng nhiều thì lượng tài liệu đi qua được mỗi lần càng lớn, và số lượng đó chính là thông số kỹ thuật BUS width của bộ nhớ .

Giả sử từ bộ nhớ RAM DDR có 64 đường truyền tài liệu nối với CPU, tại mỗi xung nhịp bộ đếm bất kể, trên mỗi đường dây này sẽ có 1 trong hai trạng thái có điện ( 1 ) và không có điện ( 2 ) tương ứng 1 bit tài liệu. Do đó với 64 đường truyền thì tại mỗi thời gian sẽ có 64 bit = 8 Byte dữ liệu được truyền qua .

#5. Băng thông ( Memory Bandwidth)

Chắc chắn băng thông là khái niệm đã quá quen thuộc với bất kỳ ai từng sử dụng những thiết bị điện tử .
Băng thông là thông số kỹ thuật đặc trưng cho vận tốc của mọi thứ từ đường truyền mạng Internet nhà bạn đến năng lực truyền tải của băng tần sóng wifi … so với bộ nhớ, băng thông là lượng tài liệu đọc / ghi được mỗi giây tính bằng đơn vị chức năng Byte. Công thức để tính băng thông bộ nhớ sẽ là :

• Băng thông= độ rộng đường truyền*tốc độ xung nhịp/8

Trở lại với ví dụ về bộ nhớ RAM chuẩn DDR, với 64 bit độ rộng BUS và xung nhịp 2400 mhz của một kit RAM DDR4, tất cả chúng ta tính được băng thông bộ nhớ là 2400 mhz * 64/8 = 19200MB / s ( 19.2 Gigabyte trên một giây ), số lượng khá ấn tượng phải không ^ ^

#6. Latency – độ trễ truy cập

Dòng điện rất nhanh ! Chắc chắn là vậy, trên thực tế tác dụng của dòng điện có vận tốc ngang với ánh sáng, thứ nhanh nhất trong thiên hà này .
Chẳng thế mà người ta vẫn hay ví von là “ nhanh như điện ”. Máy tính với phần đông linh phụ kiện hoạt động giải trí dựa trên công dụng của dòng điện, hóa ra lại không nhanh như tất cả chúng ta vẫn tưởng, đặc biệt quan trọng là với bộ nhớ !

Đúng thật, suốt lịch sử phát triển của điện toán bộ nhớ vẫn luôn là kẻ bám đuổi về tốc độ, và trong phần lớn khoảng thời gian là kém xa so với CPU.

Nguyên nhân chính là do những linh phụ kiện cấu thành bộ nhớ và chính sách truy vấn bộ nhớ của máy tính. Trong khi những linh phụ kiện bộ nhớ như tụ điện cần khoảng chừng 10 ^ – 8 s để biến hóa trạng thái, CPU sẽ phải chờ đón để nhận được tài liệu phản hồi từ bộ nhớ .
Mặt khác, do cấu trúc nhiều tầng phức tạp của bộ nhớ và chính sách truy nhập giữa những tầng có hiệu suất không cao, thời hạn chờ đón của CPU từ khi phát tín hiệu nhu yếu Data đến khi được phân phối sẽ càng lê dài thêm theo số tầng bộ nhớ phải đi qua, hai số lượng trên là yếu tố chính tạo nên độ trễ truy vấn của CPU .

Nguồn blogchiasekienthuc.com