chapter 5 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Chapter 5 PowerPoint Presentation
Download Presentation
Chapter 5

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 41

Chapter 5 - PowerPoint PPT Presentation


  • 128 Views
  • Uploaded on

ANGKANA. Chapter 5. หน่วยความจำภายใน และหน่วยความจำภายนอก. ANGKANA. หัวข้อการเรียนรู้.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Chapter 5' - byron


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
chapter 5

ANGKANA

Chapter 5

หน่วยความจำภายใน และหน่วยความจำภายนอก

slide2

ANGKANA

หัวข้อการเรียนรู้

 หน่วยความจำหลักแบบเซมิคอนดักเตอร์ - การจัดโครงสร้าง - DRAM และSRAM - ประเภทของ ROM - โครงสร้างภายในชิพ - การบรรจุชิพ - การจัดวางโครงสร้างชิ้นส่วน ดิสก์แม่เหล็ก - กลไกในการอ่านและบันทึกข้อมูลบนสื่อแม่เหล็ก - การจัดโครงสร้างของข้อมูล และการฟอร์แมท- คุณลักษณะทางกายภาพ- ค่าประกอบประสิทธิภาพของดิสก์

slide3

บทนำ

บทนี้เริ่มต้นด้วย การอธิบายระบบหน่วยความจำแบบเซมิคอนดักเตอร์แบบ ROM, DRAM และSRAM รวมไปถึงโครงสร้างภายในชิพ การบรรจุชิพ การจัดวางโครงสร้างชิ้นส่วน ตลอดจนการตรวจสอบอุปกรณ์ที่นำมาใช้เป็นหน่วยความจำภายนอก คือดิสก์แม่เหล็ก (magnetic disk) หรือที่เรียกกันติดปากว่า ฮาร์ดดิสก์ (harddisk) ซึ่งฮาร์ดดิสก์เป็นอุปกรณ์พื้นฐานที่นำมาใช้เป็นหน่วยความจำภายนอกสำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์ทุกขนาด

slide4

หน่วยความจำหลักแบบเซมิคอนดักเตอร์หน่วยความจำหลักแบบเซมิคอนดักเตอร์

คอมพิวเตอร์ในยุคแรก ๆ สิ่งที่นำมาใช้เป็นอุปกรณ์สำหรับบันทึกข้อมูลหน่วยความจำหลัก คือ เฟอร์โรแม็กเนติก (ferromagnetic) ที่ทำเป็นรูปวงแหวน และนำมาเรียงเป็นแถวซึ่งเรียกว่า “core”และทำให้หน่วยความจำถูกเรียกว่า “memory core” มาจนถึงในปัจจุบัน ต่อมาได้นำเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ (semiconductor) มาใช้เป็นหน่วยความจำหลักแทน และใช้มาจนถึงทุกวันนี้

slide5

หน่วยความจำหลักแบบเซมิคอนดักเตอร์หน่วยความจำหลักแบบเซมิคอนดักเตอร์

เฟอร์โรแม็กเนติก (ferromagnetic) ที่ทำเป็นรูปวงแหวน และนำมาเรียงเป็นแถวซึ่งเรียกว่า “core”และทำให้หน่วยความจำถูกเรียกว่า “memory core” มาจนถึงในปัจจุบัน

slide6

การจัดโครงสร้าง

หน่วยย่อยเล็กที่สุดของเซมิคอนดักเตอร์เรียกว่า เซลล์หน่วยความจำ (memory cell) โดยมีคุณลักษณะพื้นฐานที่เหมือนกัน คือ

เซลล์มีสถานะที่เสถียรสองสถานะ ซึ่งนำมาใช้แทนความหมายบิต “0” และบิต “1”

เซลล์สามารถที่จะถูกทำให้เปลี่ยนสถานะ (write) ได้

 เซลล์สามารถถูกตรวจสอบสถานะ (read) ได้

slide7

การจัดโครงสร้าง

รูปแสดงการทำงานของเซลล์หน่วยความจำ

slide8

DRAM และ SRAM

จัดอยู่ในประเภท “random access” คือข้อมูลแต่ละ word ในหน่วยความจำสามารถถูกอ้างอิง (อ่านหรือบันทึก) ได้โดยตรง ผ่านสายสัญญาณที่นำมาใช้ในการกำหนดตำแหน่งข้อมูลที่ต้องการ

คุณลักษณะที่สำคัญของแรมสองประการคือ

1. สามารถอ่านหรือบันทึกข้อมูลได้อย่างง่ายดายและรวดเร็วด้วยการใช้สัญญาณไฟฟ้า

2. ข้อมูลที่เก็บอยู่นั้นเป็นการเก็บไว้ชั่วคราว หน่วยความจำแรมจะต้องได้รับพลังงานไฟฟ้ามาป้อนอยู่อย่างต่อเนื่องตลอดเวลา เมื่อใดก็ตามที่พลังงานไฟฟ้าหายไป ข้อมูลทั้งหมดที่เก็บอยู่ในหน่วยความจำก็จะหายไปในทันที

slide9

หน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์หน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์

ตารางแสดงประเภทของหน่วยความจำเซมิตอนดักเตอร์

slide10

Dynamic RAM

หน่วยความจำชนิด dynamic RAM หรือ DRAM ประกอบด้วยเซลล์ที่ใช้เก็บข้อมูลที่ใช้วิธีการอัดประจุไฟฟ้าเข้าไปเก็บไว้ในตัวคาปาซิเตอร์ (capacitor) แล้วใช้แทนความหมายบิต “0” หรือบิต “1”

dynamic คือ คุณลักษณะที่จะต้องมีการอัดประจุไฟฟ้าให้อยู่เสมอ

slide11

Dynamic RAM

รูปแสดงโครงสร้างเซลล์หน่วยความจำแบบทั่วไป

slide12

Static RAM

Static RAM จัดว่าเป็นอุปกรณ์ดิจิตอล ที่มีการจัดเตรียมอุปกรณ์ภายในเป็นลักษณะเดียวกับโครงสร้างของโปรเซสเซอร์ ใน SRAM ค่าไบนารี่ (“0” หรือ “1”) จะถูกเก็บไว้ด้วย flip-flop logic gate ซึ่งสามารถเก็บค่าไว้ในตัวเองได้นานตราบเท่าที่มีพลังงานไฟฟ้าป้อนให้อย่างต่อเนื่อง โดยไม่ต้องอาศัยการถ่ายเทประจุไฟฟ้าเหมือนกับที่เกิดขึ้นใน DRAM

Static RAM – 32k x 8 bit .3” Wide, 20ns Static RAM -32k x 8 bit, .6” Wide, 70ns

slide13

การเปรียบเทียบระหว่าง SRAM กับ DRAM

ทั้ง static และ dynamic แรมสามารถเก็บข้อมูลได้เพียงชั่วคราว DRAM นั้นมีโครงสร้างที่ง่ายกว่าและมีขนาดเล็กกว่า SRAM จึงสามารถบรรจุจำนวนเซลล์ต่อพื้นที่ได้มากกว่า ทำให้มีราคาถูกกว่า SRAM ที่มีขนาดความจุเท่า ๆ กัน

DRAM จำเป็นจะต้องมีวงจรสำหรับการกระตุ้น (refresh cycle) เป็นระยะ ๆ อย่างสม่ำเสมอ SRAM มีความเร็วในการทำงานสูงกว่า DRAM โดย ระบบคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่นำ DRAM มาใช้เป็นหน่วยความจำหลัก และนำ SRAM ใช้เป็นหน่วยความจำ cache

slide14

ประเภทของ ROM

ROM (Read Only Memory) ประกอบด้วยข้อมูลที่ถูกบันทึกไว้เป็นการถาวร ซึ่งไม่สามารถแก้ไขได้ ROM จึงไม่จำเป็นต้องอาศัยพลังงานไฟฟ้าในการจัดเก็บข้อมูล

โปรแกรมที่มีการเรียกใช้โดยโปรแกรมอื่น ๆ อยู่เป็นประจำ

 โปรแกรมระบบ

 ตารางข้อมูลเกี่ยวกับฟังก์ชัน

ข้อดีของ ROM คือ การที่ข้อมูลหรือโปรแกรมถูกจัดเก็บไว้อย่างถาวรในหน่วยความจำจึงไม่มีความจำเป็นต้องถูกอ่านขึ้นมาจากอุปกรณ์ไอโอภายนอก ซึ่งจะต้องเสียเวลาเป็นอย่างมาก

slide15

ประเภทของ ROM

programmable ROM หรือ PROM เป็น ROM ขนาดเล็กเพื่อการบันทึกข้อมูลในปริมาณไม่มากนัก โดยสามารถบันทึกข้อมูลได้แบบถาวรอย่างไรก็ตาม การบันทึกข้อมูลลงใน PROM จำเป็นต้องใช้เครื่องมือพิเศษ และชิพแต่ละตัวก็สามารถบันทึกข้อมูลลงได้เพียงครั้งเดียวเท่านั้น

slide16

ประเภทของ ROM

EPROM (Erasable PROM) สามารถบันทึกข้อมูล และนำมาใช้อ่านได้ในภายหลัง ก่อนการบันทึกข้อมูลชิพประเภทนี้จะถูกนำมา “ล้าง” ข้อมูลทั้งหมดโดยการอาบตัวชิพด้วยแสงอัลตร้าไวโอเลตผ่านช่องหน้าต่างขนาดเล็กบนตัวชิพ จากนั้นจึงนำมาบันทึกข้อมูลลงไปด้วยเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ ข้อมูลที่บันทึกแล้วก็จะเป็นข้อมูลที่ถูกฝังอยู่ในชิพตลอดไป หรือจนกว่าจะถูกนำมาล้างและบันทึกข้อมูลใหม่

slide17

ประเภทของ ROM

EEPROM (Electronically EPROM) มีความสามารถในการบันทึกข้อมูลใหม่ลงไปได้ โดยไม่จำเป็นต้องลบข้อมูลเก่าทิ้งไปก่อน นั่นคือสามารถเลือกลบข้อมูลทีละไบต์หรือทีละหลายไบต์ที่ต้องการได้

slide18

ประเภทของ ROM

flash memory จะใช้เทคโนโลยีลบข้อมูลด้วยสัญญาณไฟฟ้า และใช้ทรานซิสเตอร์เพียงตัวเดียวในการเก็บข้อมูลหนึ่งบิต ทำให้สามารถบรรจุหน่วยความจำไว้ในชิพตัวหนึ่งได้เป็นจำนวนมาก

slide19

โครงสร้างภายในชิพ

ในภาพรวมของโครงสร้างลำดับชั้นของหน่วยความจำ จะมีข้อดีข้อเสียระหว่างความเร็ว ความจุ และราคา สามารถนำมาใช้พิจารณาการจัดวางโครงสร้างและฟังก์ชันตรรกะของเซลล์ภายในชิพได้เช่นเดียวกัน สำหรับหน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์ สิ่งที่นำมาใช้พิจารณาเป็นหลักในการออกแบบคือ จำนวนบิตที่สามารถอ่านหรือบันทึกข้อมูลได้ในแต่ละครั้ง แนวทางหนึ่งของการออกแบบคือ การสร้างชิพให้มีจำนวนบิตเท่ากับจำนวนบิตใน word ข้อมูลที่มีการอ้างอิงถึงของโปรเซสเซอร์ หน่วยความจำจะมีโครงสร้างเป็นแถวที่มีขนาด B บิต จำนวน W word

slide20

โครงสร้างภายในชิพ

รูปแสดงหน่วยความจำขนาด 16 Megabit DRAM(4M×4)

slide21

การบรรจุชิพ

รูปแสดงการบรรจุเซมิคอนดักเตอร์ลงในชิพและขาสัญญาณต่าง ๆ

slide22

การบรรจุชิพ

ชิพขนาด 8 Mbit ที่จัดโครงสร้างแบบ 1M × 8 ในกรณีนี้เรียกว่า one-word-per-chip ซึ่งประกอบด้วยขา 32 ขา ทำหน้าที่ดังนี้

บอกตำแหน่งของ word ที่ต้องการอ้างอิง สำหรับชิพขนาด 1 M word จะต้องใช้จำนวน 20 ขา คือหมายเลข A0-A19 (220 = 1M)

ข้อมูลที่ถูกอ่านจะส่งผ่านออกมาทางสาย 8 เส้น คือหมายเลข D0-D7

สายไฟฟ้าสำหรับให้พลังงาน (power line) จำนวน 1 เส้น หมายเลข Vcc

สายดิน (ground) จำนวน 1 เส้น หมายเลข Vss

slide23

การบรรจุชิพ

สายกระตุ้นให้ชิพทำงาน (chip enable:CE) เนื่องจากในระบบประกอบด้วยชิพมากกว่า 1 ตัว ซึ่งต่างก็เชื่อมต่อเข้ากับสายบัสบอกตำแหน่งชุดเดียวกัน สาย CE จึงนำมาใช้ในการกำหนดตัวชิพที่ได้รับอนุญาตให้ทำงาน สาย CE นี้ถูกควบคุมโดยบิตที่อยู่ในสายสัญญาณบัสบอกตำแหน่ง

สาย Vpp ซึ่งเป็นสายสัญญาณที่ถูกบังคับโดยคำสั่งในโปรแกรมผู้ใช้ สำหรับการสั่งให้บันทึกข้อมูล

slide24

การจัดวางโครงสร้างชิ้นส่วนการจัดวางโครงสร้างชิ้นส่วน

รูปแสดงการจัดโครงสร้างหน่วยความจำขนาด 256 Kbytes

slide25

การจัดวางโครงสร้างชิ้นส่วนการจัดวางโครงสร้างชิ้นส่วน

รูปแสดงการจัดโครงสร้างหน่วยความจำขนาด 1 Mbyte

slide26

หน่วยความจำภายนอก

ดิสก์แม่เหล็ก

ดิสก์สร้างขึ้นมาจากวัสดุที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก เป็นรูปจานกลมเรียบ เรียกว่า แกน (substrate) แล้วนำมาเคลือบด้วยสารเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ในปัจจุบันได้หันมาใช้แกนที่ทำจากแก้ว ซึ่งคุณสมบัติที่เหนือกว่า คือ

 แก้วมีผิวที่เรียบกว่าโลหะชนิดอื่น จึงช่วยให้การฉาบสารแม่เหล็กนั้นมีความเรียบมากกว่าทำให้แผ่นดิสก์มีความน่าเชื่อถือสูงขึ้น

 ช่วยลดความผิดพลาดทางการผลิต ทำให้การบันทึกข้อมูลและการอ่านข้อมูลมีข้อผิดพลาดน้อยลง

slide27

หน่วยความจำภายนอก

ดิสก์แม่เหล็ก

 สามารถสนับสนุนอุปกรณ์ที่มีคุณสมบัติ fly height ลดลง ทำให้มีความเที่ยงตรงในการทำงานมากขึ้น

 มีความแข็งมากกว่า ช่วยในการลดอาการแกว่งตัวของดิสก์

 มีความทนทานต่อแรงสั่นสะเทือน และรอยขูดขีดมากกว่า

slide28

กลไกในการอ่านและบันทึกข้อมูลบนสื่อแม่เหล็กกลไกในการอ่านและบันทึกข้อมูลบนสื่อแม่เหล็ก

ข้อมูลถูกบันทึกลงบนแผ่นดิสก์ และสามารถอ่านกลับมาใช้งานได้ในภายหลัง โดยผ่านอุปกรณ์เรียกว่า หัวอ่าน/เขียนข้อมูล (head) ซึ่งมักจะแยกออกจากกันเป็น หัวอ่านข้อมูล (read head) และหัวบันทึกข้อมูล (write head) ใน ระหว่างที่มีการอ่านหรือบันทึก ข้อมูล หัวอ่านหรือบันทึกข้อมูล จะนิ่งอยู่กับที่ ในขณะที่ แผ่นดิสก์นั้นจะหมุนไปเรื่อย ๆ อยู่ข้างใต้

slide29

กลไกในการอ่านและบันทึกข้อมูลบนสื่อแม่เหล็กกลไกในการอ่านและบันทึกข้อมูลบนสื่อแม่เหล็ก

รูปแสดงหัวอ่านเขียนข้อมูล

slide30

การจัดโครงสร้างของข้อมูลและการฟอร์แมทการจัดโครงสร้างของข้อมูลและการฟอร์แมท

หัวอ่าน/บันทึกข้อมูล จัดเป็นอุปกรณ์ขนาดเล็กที่สามารถอ่านข้อมูลหรือบันทึกข้อมูลลงบนแผ่นดิสก์ที่หมุนรอบตัวเองได้ การทำงานในลักษณะนี้ทำให้การบันทึกข้อมูลบนแผ่นดิสก์มีลักษณะเป็นวงแหวนขนาดต่าง ๆ ซึ่ง เรียกว่า ร่องบันทึกข้อมูล (tracks) ซึ่งมีขนาดเท่ากับ หัวอ่าน/บันทึกข้อมูล โดยปกติมี จำนวนร่องบันทึกข้อมูลนับพัน ร่องต่อแผ่นดิสก์หนึ่งด้าน

slide31

การจัดโครงสร้างของข้อมูลและการฟอร์แมทการจัดโครงสร้างของข้อมูลและการฟอร์แมท

รูปแสดงแผนการวางข้อมูลบนแผ่นดิสก์

slide32

การจัดโครงสร้างของข้อมูลและการฟอร์แมทการจัดโครงสร้างของข้อมูลและการฟอร์แมท

รูปแสดงแผนการวางข้อมูลบนแผ่นดิสก์สองแบบ

slide33

การจัดโครงสร้างของข้อมูลและการฟอร์แมทการจัดโครงสร้างของข้อมูลและการฟอร์แมท

รูปแสดงรูปแบบร่องบันทึกข้อมูลแบบ Winchester (Seagate ST506)

slide34

คุณลักษณะทางกายภาพ

แผ่นดิสก์จะถูกยึดติดไว้กับตัวขับดิสก์ (disk drive) ซึ่งประกอบด้วยแขนกลที่มีหัวอ่าน/บันทึกติดอยู่ มีแกนกลางซึ่งใช้เป็นตัวหมุนดิสก์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใช้สำหรับการบันทึกหรืออ่านข้อมูล ดิสก์ที่ติดตั้งแบบถาวร (non-removable disk) นั้นแผ่นดิสก์จะเป็นส่วนหนึ่งของตัวขับดิสก์ ไม่สามารถแยกจากกันได้

สำหรับดิสก์ส่วนใหญ่จะฉาบสารแม่เหล็กไว้ทั้งสองด้านของแผ่นดิสก์ ทำให้สามารถบันทึกข้อมูลได้ทั้งสองด้านซึ่งเรียกว่า “double sided” ในขณะที่ดิสก์รุ่นเก่าบางชนิดจะเป็นแบบด้านเดียวหรือ “single-sided”

slide35

คุณลักษณะทางกายภาพ

รูปแสดงส่วนประกอบของตัวขับดิสก์

slide36

คุณลักษณะทางกายภาพ

รูปแสดงร่องบันทึกข้อมูล และไซลินเดอร์

slide37

คุณลักษณะทางกายภาพ

โดยทั่วไปหัวอ่าน/บันทึกจะถูกวางในตำแหน่งที่คงที่ซึ่งลอยอยู่เหนือแผ่นดิสก์เพียงเล็กน้อย (ช่องว่างนี้เรียกว่า air gap)

การที่หัวอ่าน/บันทึก ลอยอยู่เหนือแผ่นดิสก์นั้น ทำให้หัวจะต้องสามารถสร้างสนามแม่เหล็กได้แรงเพียงพอที่จะมีผลต่อการบันทึกข้อมูลลงบนผิวของแผ่นดิสก์ และจะต้องมีความไวเพียงพอในการสัมผัสกับสนามแม่เหล็กที่ ผิวได้ในขณะที่อ่านข้อมูล ดังนั้นความสัมพันธ์ ระหว่างความหนาแน่นของข้อมูล และช่องว่าง air gap คือ ถ้าช่องว่างนั้นมีขนาดแคบลงก็จะทำให้ ความกว้างของร่องบันทึกแคบลงไปด้วย ทำให้มี ปริมาณความจุข้อมูลสูงขึ้น

slide38

ค่าประกอบประสิทธิภาพของดิสก์ค่าประกอบประสิทธิภาพของดิสก์

รายละเอียดในการทำงานไอโอของดิสก์นั้น ขึ้นอยู่กับระบบคอมพิวเตอร์ ระบบปฏิบัติการ และคุณลักษณะของช่องสื่อสารไอโอและหน่วยควบคุมดิสก์

รูปแสดงแกนเวลาการทำงานของการถ่ายเทข้อมูล

slide39

เวลาค้นหา (Seek time)

เวลาค้นหา หมายถึง ระยะเวลาที่ตัวขับดิสก์ใช้ในการเคลื่อนหัวอ่าน/บันทึก จากตำแหน่งที่อยู่ในขณะนั้นไปยังตำแหน่งร่องบันทึกข้อมูลที่ต้องการ เวลาค้นหาประกอบด้วยสองส่วนคือระยะเวลาขั้นต้นที่เริ่มขยับแขนกล และระยะเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนหัวอ่าน/บันทึกข้ามร่องบันทึกข้อมูลต่าง ๆ เมื่อแขนกลเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่

slide40

คำถามท้ายบท

จงเปรียบเทียบความแตกต่างระหว่าง SRAM กับ DRAM

ประเภทของ ROM มีกี่ประเภท อะไรบ้าง จงอธิบาย

double sided แตกต่างจาก single-sided อย่างไร