หนวยความจำาหลก (Main Memory)

หนวยความจำาหลกประสทธภาพของโปรเซสเซอร หรอซพย

นนถกวดจากจำานวนคำาสง (Instruction) ทซพยสามารถเรยกใชงานไดใน 1 วนาท และความเรวดงกลาวนกมการเพมขนเปน 2 เทา ทก ๆ 18 เดอน หนวยความจำาของคอมพวเตอรเองกมการพฒนาเพมขนเชนเดยวกนแตในทศทางทแตกตาง คอ

หนวยความจำานนจะมการเพมขนาดเปน 4 เทาในทก ๆ 36 เดอน ในขณะทราคาคงท แตความเรวของหนวยความจำามการเพมขนประมาณ 10% ตอป

เทานน ดวยเหตทการเพมความเรวของโปรเซสเซอรทมอตราสงกวาการเพมความเรวของหนวยความจำา ทำาใหชองวางระหวางความเรวของโปรเซสเซอรและความเรวของหนวยความจำาเพม

มากขน การออกแบบสถาปตยกรรมคอมพวเตอรจงตองพจารณาการลดชองวางน

การทำางานของหนวยความจำาการทำางานของหนวยความจำาหนวยความจำาหลกหนวยความจำาหลก เปนศนยกลางของการ เปนศนยกลางของการ

ทำางานตาง ๆ ของระบบคอมพวเตอรในปจจบน หนวยทำางานตาง ๆ ของระบบคอมพวเตอรในปจจบน หนวยความจำาหลก คอพนทเกบขอมลขนาดใหญทประกอบไปความจำาหลก คอพนทเกบขอมลขนาดใหญทประกอบไปดวย พนทเกบขอมลยอยทมขนาดเปน ไบต ดวย พนทเกบขอมลยอยทมขนาดเปน ไบต (Byte) (Byte) โดยโดยแตละไบตจะมแอดเดรส แตละไบตจะมแอดเดรส (Address) (Address) บอกตำาแหนงของตวบอกตำาแหนงของตวเองดวย ซงการทำางานของระบบคอมพวเตอรนนจะเรมตนเองดวย ซงการทำางานของระบบคอมพวเตอรนนจะเรมตน

จากการดงหรอเฟตชคำาสง จากการดงหรอเฟตชคำาสง (Fetch) (Fetch) ออกมาจากหนวยออกมาจากหนวยความจำาแลวเอกซควต ความจำาแลวเอกซควต (Execute) (Execute) คำาสงเหลานนทละคำาคำาสงเหลานนทละคำา

สงสง

รจสเตอร รจสเตอร (Register)(Register)

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

• เมมโมรแอดเดรสรจสเตอรเมมโมรแอดเดรสรจสเตอร (MAR : Memory address (MAR : Memory address register) : register) : เปนตวกำาหนดทอยของหนวยความจำาท เปนตวกำาหนดทอยของหนวยความจำาท MBR MBR จะจะทำาการอาน หรอ เกบขอมลทำาการอาน หรอ เกบขอมล

• อนสตรคชนรจสเตอรอนสตรคชนรจสเตอร (IR : Instruction register) : (IR : Instruction register) : เปนเปนสวนทเกบคำาสง สวนทเกบคำาสง (Opcode) (Opcode) ทจะถกเรยกใชงานทจะถกเรยกใชงาน

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

• แอกควมเลเตอร แอกควมเลเตอร (AC : Accumulator) : (AC : Accumulator) : จะใชในเกบคาจะใชในเกบคาชวคราวของชวคราวของโอเปอแรนดโอเปอแรนด (Operands) (Operands) และผลลพธของการและผลลพธของการคำานวณในสวน คำานวณในสวน ALUALU

การทำางานของระบบคอมพวเตอร

ระบบคอมพวเตอรจะทำางานโดยการเรยกใชคำาสงจากหนวยความจำาหลกเขามาทำางาน หรอทเราเรยกวา “วง

รอบคำาสง” (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 ซงคำาสงดงกลาวนอาจจะมาจากรจสเตอร IBR หรออาจจะมาจากหนวยความจำาหลกทถกโหลดเขาไปในรจสเตอร MBR และสงผาน

ไปยงรจสเตอร IBR อกทกได

วงรอบเอกซควต

เมอคำาสงถกโหลดเขามาใน รจสเตอร IR วงรอบเฟตชจะเรมทำางาน โดยแผงวงจรอเลกทรอนกสในโปรเซสเซอรจะทำาการอาน

คำาสงทใหทำางาน และเรยกใชโดยการสงสญญาณไปยงสวนควบคม (Control) เพอ

เคลอนยายขอมล หรอทำาการคำานวณในสวน ALU โดยการเรยกใชคำาสงนนจะทำางานตลอดเวลา และจะหยดกตอเมอเครอง

คอมพวเตอรถกปด หรอเกดขอผดพลาดทไมสามารถกคนได หรอมคำาสงในโปรแกรมให

หยดการทำางานของเครอง (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 1บลอกขอมล

อตราการถายโอน เวรด/วนาท อตาการถายโอนขอมลLatency วนาท เวลาทใชในการเขาถงเวรดแรกของขอมลBlock access time วนาท เวลาทใชในการเขาถงบลอกของเวรดทงหมด

การแบงหนวยความจำาออกเปนลำาดบชน

การเชอมตอระหวางซพยกบหนวยความจำา

หนวยความจำา RAM

หนวยความจำา RAM มการทำางานเหมอนกบเกต D-ฟลบฟลอบ (D flip-flop) และมตวควบคมทจะอนญาตใหเซลนนถกเลอก, อาน,

หรอเขยนลงไปได ในเซลนนจะมสายสญญาณนำาขอมลเขาและออก และเมอเรากลาวถงชปของ RAM เราจะนำาเซลของหนวยความจำาทคลายกบในรปมาใช อยางไรกตามเซลของ

หนวยความจำาจรง ๆ นนไมจำาเปนตองเหมอนดงในรปกได

หนวยความจำา RAM

SRAM

เซลของหนวยความจำา SRAM นนจะประกอบไปดวยตวกลบสญญาณ (Inverter) 2 ตวทเชอมตอกนแบบกลบไปกลบมาเปนวงแหวน เมอคาเซลของหนวยความจำาถกกำาหนดคา โครงสรางการเชอมตอดงกลาวของตวกลบสญญาณจะเปนตวรกษาคาทถกบนทกไว เพราะสญญาณไฟนำาเขาของตวกลบสญญาณจะมาจากตวกลบสญญาณทอยตรงขามกน และสงสญญาณสลบกนไปมา และดวยเหตน SRAM จงถกเรยกวาเปนหนวยความจำาท

เปนแบบสถต (Static RAM) ซงคาทบรรจอยในแรมจะคงทตราบเทาทยงมกระแสไฟฟาหลอเลยง

ระบบ

DRAM

เซลของ DRAM นนสามารถแสดงได ซงเราจะเหนวา DRAM มการใชตวเกบประจ (capacitor) แทนตวกลบสญญาณ

(inverter) ทใชในเซลทเกบขอมล เมอสายสญญาณเวรดถกจองสทธเรยกใชงาน ตว

เกบประจกจะถกเชอมตอเขากบสายสญญาณบต ทำาใหคาทเกบไวในเซลถก

อานออกมาโดยเราสามารถเชคคาทเกบไวในตวเกบประจไดวามคาบตเปนเทาไหร หรอเราจะทำาการเขยนขอมลโดยประจคา

ตางศกยใหมใหกบตวเกบประจกได

D R AM

การจดโครงสรางภายในชบ R AM

หนวยความจำาแบบ 4 เวรด (แตละเวรดม 4 บต)

การจดโครงสรางภายในชบ RAM

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 x 4 บต ทเกดจากแรม 4 บต x 4 บต จำานวน 2 ตวเชอมตอกน

โมดลของแรมทมขายตามทองตลาด

หนวยความจำารอม (ROM : Read Only Memory)

เมอมความตองการทจะบรรจขอมลทถาวรลงไปในหนวยความจำา เชน คาตดตงตาง ๆ ของตวเครองหรอเมนบอรด หนวยความจำาชนดอานอยางเดยวหรอ ROM จะ

ถกนำามาใช ROM นนเปนหนวยความจำาแบบไมลบเลอน (non-volatile) ซงจะคงคาของ

ขอมลถงแมวาไมมกระแสไฟฟาหลอเลยงกตาม เรานยมใช ROM เพอเกบขอมลทไมตองการการปรบปรงขอมลมากนก เชน ใช

สำาหรบเกบคาตางๆทใชในการควบคมเครองยนต หรอใชเกบบนทกคาการทำางาน

ของเครองยนต

ชบ ROM แบบ 2-D CMOS

ประเภทของหนวยความจำารอม

• PROM (Programmable Read Only Memory)• EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)• Flash EPROM • EEPROM (Electrically Erasable PROM)

คณสมบตรอมประเภทตาง ๆ

จดทำาโดยจดทำาโดย

นายจรายนายจราย สรยศธำารง สรยศธำารงเลขท เลขท 11

นายสทธเชษฐนายสทธเชษฐ วรยะสนทรา วรยะสนทราพรพร เลขท เลขท 77

นายพงศภคนายพงศภค มหาเศรษฐสร มหาเศรษฐสรเลขท เลขท 1010

นายธนกรนายธนกร เตชะอบล เตชะอบล เลขท เลขท 1313

นายเชษฐพงศนายเชษฐพงศ มณรตน มณรตนโรจนโรจน เลขท เลขท 1717

นายกฤตมธนายกฤตมธ จงชาณสทโธ จงชาณสทโธเลขท เลขท 3737

นางสาวชนาการตนางสาวชนาการต วงศพฒน วงศพฒนเลศเลศ เลขท เลขท 2727

นางสาวพรรณพชรนางสาวพรรณพชร สรอยสวรรณ สรอยสวรรณเลขท เลขท 3030

นางสาวพรสรวงนางสาวพรสรวง แสวงเจรญ แสวงเจรญเลขท เลขท 3131

นางสาวชตมานางสาวชตมา วชญาเตชะ วชญาเตชะกลกล เลขท เลขท 4343

นางสาววยะนณทนางสาววยะนณท พทกษสนสช พทกษสนสชเลขท เลขท 5656