main memory 516

หนวยความจำาหลก( )M a in M e m o r y

หนวยความจำาหลกประสทธภาพของโปรเซสเซอร หรอซพยนน

ถกวดจากจำานวนคำาสง (Instruction) ทซพยสามารถเรยกใชงานไดใน 1 วนาท และความเรว

ดงกลาวนกมการเพมขนเปน 2 เทา ทก ๆ 18 เดอน หนวยความจำาของคอมพวเตอรเองกมการพฒนาเพมขนเชนเดยวกนแตในทศทางทแตกตาง คอ

หนวยความจำานนจะมการเพมขนาดเปน 4 เทาในทก ๆ 36 เดอน ในขณะทราคาคงท แตความเรว

ของหนวยความจำามการเพมขนประมาณ 10% ตอปเทานน ดวยเหตทการเพมความเรวของ

โปรเซสเซอรทมอตราสงกวาการเพมความเรวของหนวยความจำา ทำาใหชองวางระหวางความเรวของโปรเซสเซอรและความเรวของหนวยความจำาเพมมากขน การออกแบบสถาปตยกรรมคอมพวเตอร

จงตองพจารณาการลดชองวางน

การทำางานของหนวยความจำาการทำางานของหนวยความจำาหนวยความจำาหลกหนวยความจำาหลก เปนศนยกลางของการ เปนศนยกลางของการ

ทำางานตาง ๆ ของระบบคอมพวเตอรในปจจบน ทำางานตาง ๆ ของระบบคอมพวเตอรในปจจบน หนวยความจำาหลก คอพนทเกบขอมลขนาดใหญหนวยความจำาหลก คอพนทเกบขอมลขนาดใหญทประกอบไปดวย พนทเกบขอมลยอยทมขนาดทประกอบไปดวย พนทเกบขอมลยอยทมขนาดเปน ไบต เปน ไบต (Byte) (Byte) โดยแตละไบตจะมแอดเดรส โดยแตละไบตจะมแอดเดรส

(Address) (Address) บอกตำาแหนงของตวเองดวย ซงการบอกตำาแหนงของตวเองดวย ซงการทำางานของระบบคอมพวเตอรนนจะเรมตนจากการทำางานของระบบคอมพวเตอรนนจะเรมตนจากการ

ดงหรอเฟตชคำาสง ดงหรอเฟตชคำาสง (Fetch) (Fetch) ออกมาจากหนวยออกมาจากหนวยความจำาแลวเอกซควต ความจำาแลวเอกซควต (Execute) (Execute) คำาสงเหลานนทคำาสงเหลานนท

ละคำาสงละคำาสง

รจสเตอร รจสเตอร ( )R e g is t e r( )R e g is t e r

• เมมโมรบพเฟอรรจสเตอรเมมโมรบพเฟอรรจสเตอร (MBR : Memory buffer (MBR : Memory buffer register) : register) : เปนหนวยเกบขอมลทจะสงออกไปเกบ เปนหนวยเกบขอมลทจะสงออกไปเกบ หรอทดงมาจากหนวยความจำา หรอทดงมาจากหนวยความจำา

• เมมโมรแอดเดรสรจสเตอรเมมโมรแอดเดรสรจสเตอร (MAR : Memory address (MAR : Memory address register) : register) : เปนตวกำาหนดทอยของหนวยความจำาท เปนตวกำาหนดทอยของหนวยความจำาท MBR MBR จะทำาการอาน หรอ เกบขอมลจะทำาการอาน หรอ เกบขอมล

• อนสตรคชนรจสเตอรอนสตรคชนรจสเตอร (IR : Instruction register) : (IR : Instruction register) : เปนสวนทเกบคำาสง เปนสวนทเกบคำาสง (Opcode) (Opcode) ทจะถกเรยกใชงานทจะถกเรยกใชงาน

• โปรแกรมเคานเตอรโปรแกรมเคานเตอร (PC : Program counter) : (PC : Program counter) : เปนเปนสวนทเกบทอยของคำาสงถดไปทจะถกดงออกมาจากสวนทเกบทอยของคำาสงถดไปทจะถกดงออกมาจากหนวยความจำาหลกหนวยความจำาหลก

• แอกควมเลเตอร แอกควมเลเตอร (AC : Accumulator) : (AC : Accumulator) : จะใชในเกบจะใชในเกบคาชวคราวของคาชวคราวของโอเปอแรนดโอเปอแรนด (Operands) (Operands) และผลลพธและผลลพธของการคำานวณในสวน ของการคำานวณในสวน ALUALU

การทำางานของระบบคอมพวเตอรระบบคอมพวเตอรจะทำางานโดยการเรยกใช

คำาสงจากหนวยความจำาหลกเขามาทำางาน หรอทเราเรยกวา “วงรอบคำาสง” (Instruction Cycle)

ซงในแตละวงรอบจะประกอบไปดวย 2 วงรอบการทำางานยอย คอ “วงรอบเฟตช” (Fetch Cycle)

และวงรอบเอกซควต (Execute Cycle)

วงรอบเฟตช

• การเคลอนยายขอมลระหวางโปรเซสเซอรกบหนวยความจำาหลก (Processor-memory)

• การเคลอนยายขอมลระหวางโปรเซสเซอรกบอปกรณอนพต/เอาตพต (Processor-I/O)

• การประมวลผลขอมล (Data Processing) • การควบคมการทำางาน (Control)

เรมทำางานโดยการโหลดคำาสงเขาไปในรจสเตอร IR และสวนของแอดเดรสของหนวยความจำาจะถกโหลดเขาไปใน รจสเตอร MAR ซงคำาสงดงกลาวนอาจจะมา

จากรจสเตอร IBR หรออาจจะมาจากหนวยความจำาหลกทถกโหลดเขาไปในรจสเตอร MBR และสงผานไปยงรจ

สเตอร IBR อกทกได

วงรอบเอกซควตเมอคำาสงถกโหลดเขามาใน รจสเตอร

IR วงรอบเฟตชจะเรมทำางาน โดยแผงวงจรอเลกทรอนกสในโปรเซสเซอรจะทำาการ

อานคำาสงทใหทำางาน และเรยกใชโดยการสงสญญาณไปยงสวนควบคม (Control) เพอเคลอนยายขอมล หรอทำาการคำานวณในสวน ALU โดยการเรยกใชคำาสงนนจะ

ทำางานตลอดเวลา และจะหยดกตอเมอเครองคอมพวเตอรถกปด หรอเกดขอผดพลาดทไมสามารถกคนได หรอมคำาสงในโปรแกรมใหหยดการทำางานของเครอง

(Halt)

คณลกษณะของหนวยความจำา• ตำาแหนง (Location)• ความจ (Capacity)• หนวยของการถายโอนขอมล (Unit of Transfer)

– เวรด (word) – หนวยทใชในการอางถงตำาแหนงขอมล

• วธการเขาถงขอมล (Access method)– การเขาถงขอมลแบบลำาดบ (Sequential access)– การเขาถงขอมลแบบโดยตรง (Direct access)

– การเขาถงขอมลแบบสม (Random access)

คณลกษณะของหนวยความจำา ประสทธภาพของหนวยความจำา (Performance)

ชนดของสอทใชบนทก (Physical Type)

ชอ หนวย คำาอธบายAccess time วนาท เวลาทใชในการเขาถงเวรดในหนวยความจำาCycle time วนาท เวลาทใชเรมนบจากหนวยความจำาอานขอมลจน ถงจดเรมของคำาสงถดไปBlock size เวรด จำานวนของเวรดใน 1บลอกขอมลอตราการถายโอน เวรด/วนาท อตาการถายโอนขอมลLatency วนาท เวลาทใชในการเขาถงเวรดแรกของขอมลBlock access time วนาท เวลาทใชในการเขาถงบลอกของเวรดทงหมด

การแบงหนวยความจำาออกเปนลำาดบชน

การเชอมตอระหวางซพยกบหนวยความจำา

หนวยความจำา R AM

หนวยความจำา R AM มการทำางาน เหมอนกบเกต -D ฟลบฟลอบ ( -D f lip

) f lo p และมตวควบคมทจะอนญาตใหเซลนนถกเลอก, อาน, หรอเขยนลงไปได ในเซลนนจะมสายสญญาณนำาขอมลเขาและ

ออก และเมอเรากลาวถงชปของ R AMเราจะนำาเซลของหนวยความจำาทคลายกบใน

รปมาใช อยางไรกตามเซลของหนวยความจำา จรง ๆ นนไมจำาเปนตองเหมอนดงในรปกได

หนวยความจำา R AM

S R AMเซลของหนวยความจำา SRAM นนจะ

ประกอบไปดวยตวกลบสญญาณ (Inverter) 2 ตวทเชอมตอกนแบบกลบไปกลบมาเปน

วงแหวน เมอคาเซลของหนวยความจำาถกกำาหนดคา โครงสรางการเชอมตอดงกลาวของตวกลบสญญาณจะเปนตวรกษาคาทถกบนทกไว เพราะสญญาณไฟนำาเขาของตว

กลบสญญาณจะมาจากตวกลบสญญาณทอยตรงขามกน และสงสญญาณสลบกนไปมา และดวยเหตน SRAM จงถกเรยกวาเปน

หนวยความจำาทเปนแบบสถต (Static RAM) ซงคาทบรรจอยในแรมจะคงทตราบเทาทยงม

กระแสไฟฟาหลอเลยงระบบ

D R AMเซลของ DRAM นนสามารถแสดงได

ซงเราจะเหนวา DRAM มการใชตวเกบประจ (capacitor) แทนตวกลบสญญาณ

(inverter) ทใชในเซลทเกบขอมล เมอสายสญญาณเวรดถกจองสทธเรยกใชงาน ตว

เกบประจกจะถกเชอมตอเขากบสายสญญาณบต ทำาใหคาทเกบไวในเซลถก

อานออกมาโดยเราสามารถเชคคาทเกบไวในตวเกบประจไดวามคาบตเปนเทาไหร

หรอเราจะทำาการเขยนขอมลโดยประจคาตางศกยใหมใหกบตวเกบประจกได

D R AM

การจดโครงสรางภายในชบR AM

หนวยความจำาแบบ 4 เวรด (แตละเวรดม 4 บต)

การจดโครงสรางภายในชบR AM

การจดแบบรปแบบ 2-1/2D ของ 64 เวรด x 1 บตแรม

การสรางแรมขนาดใหญจากแรมขนาดเลก

แรมแบบ 4 เวรด x 8 บต ทเกดจากแรม 4 บต x 4 บต เชอมตอกน

แรมแบบ 8 เวรด 4 x บต ทเกดจากแรม 4 บต x4 บต จำานวน 2 ตวเชอมตอกน

โมดลของแรมทมขายตามทองตลาด

หนวยความจำารอม ( : R O M R e a d O n ly

)M e m o r yเมอมความตองการทจะบรรจขอมลท ถาวรลงไปในหนวยความจำา เชน คาตดตงตาง

ๆ ของตวเครองหรอเมนบอรด หนวยความจำา ชนดอานอยางเดยวหรอ R O M จะถกนำามา

ใช R O M นนเปนหนวยความจำาแบบไมลบ เลอน ( - ) n o n v o la t i le ซงจะคงคา

ของขอมลถงแมวาไมมกระแสไฟฟาหลอเลยง กตาม เรานยมใช R O M เพอเกบขอมลทไม

ตองการการปรบปรงขอมลมากนก เชน ใชสำาหรบเกบคาตางๆทใชในการควบคม

เครองยนต หรอใชเกบบนทกคาการทำางานของเครองยนต

ชบ ROM แบบ 2-D CMOS

ประเภทของหนวยความจำารอม• P R O M (Programmable Read Only

Memory)• EP R O M (Erasable Programmable

Read Only Memory)• F la s h E P R O M • EEP R O M (Electrically Erasable

PROM)

คณสมบตรอมประเภทตาง ๆ

จดทำาโดยจดทำาโดย

นายจรายนายจราย สรยศธำารง สรยศธำารง เลขท เลขท 11นายสทธเชษฐนายสทธเชษฐ วรยะสนทราพร วรยะสนทราพร เลขท เลขท

77นายพงศภคนายพงศภค มหาเศรษฐสร มหาเศรษฐสร เลขท เลขท 1010นายธนกรนายธนกร เตชะอบล เตชะอบล เลขท เลขท 1313นายเชษฐพงศนายเชษฐพงศ มณรตนโรจน มณรตนโรจน เลขท เลขท

1717นายกฤตมธนายกฤตมธ จงชาณสทโธ จงชาณสทโธ เลขท เลขท 3 73 7นางสาวชนาการตนางสาวชนาการต วงศพฒนเลศ วงศพฒนเลศ เลขท เลขท

2 72 7นางสาวพรรณพชรนางสาวพรรณพชร สรอยสวรรณ สรอยสวรรณ เลขท เลขท

3 03 0นางสาวพรสรวงนางสาวพรสรวง แสวงเจรญ แสวงเจรญ เลขท เลขท 3 13 1นางสาวชตมานางสาวชตมา วชญาเตชะกล วชญาเตชะกล เลขท เลขท 4 34 3นางสาววยะนณทนางสาววยะนณท พทกษสนสช พทกษสนสช เลขท เลขท

5 65 6