Kiến Thức
DRAM (Dynamic Random Access Memory) là gì?
Th6
Trong khi bạn có thể quen thuộc với RAM, thành phần quan trọng của PC giúp máy tính của bạn chạy nhanh hơn và không bị treo sau khi mở hơn 4 tab Chrome, bạn có thể đang tự hỏi DRAM là gì. Nó khác biệt rõ rệt so với RAM không?
Thế giới máy tính đầy các thuật ngữ chuyên môn và theo kịp các công nghệ mới nhất (và cách đặt tên của chúng) có thể làm cho bạn cảm thấy áp lực. Đừng lo lắng, chúng tôi ở đây để giúp đỡ! Trong hướng dẫn này, hãy bắt đầu bằng việc hiểu rõ DRAM có nghĩa là gì và sau đó tìm hiểu về các loại DRAM khác nhau.
DRAM là gì?
DRAM, hay Bộ nhớ Truy cập Ngẫu nhiên Tạm thời, là một bộ nhớ tạm thời cho máy tính của bạn, nơi dữ liệu được lưu trữ để truy cập nhanh trong thời gian ngắn. Khi bạn thực hiện bất kỳ tác vụ nào trên PC của bạn, chẳng hạn như khởi chạy một ứng dụng, CPU trên bo mạch chủ của bạn trích xuất dữ liệu chương trình từ thiết bị lưu trữ (SSD/ HDD) và tải nó lên DRAM.
Vì DRAM nhanh hơn đáng kể so với các thiết bị lưu trữ của bạn (kể cả SSD), CPU có thể đọc dữ liệu này nhanh hơn, giúp cải thiện hiệu suất. Tốc độ và dung lượng DRAM của bạn giúp xác định tốc độ chạy ứng dụng và khả năng đa nhiệm hiệu quả của PC. Do đó, sở hữu DRAM nhanh hơn và dung lượng cao hơn luôn có lợi.
DRAM là loại RAM phổ biến nhất mà chúng ta sử dụng ngày nay. Các mô-đun RAM DIMM (dual in-line memory modules) hoặc thanh RAM mà chúng ta cài đặt vào máy tính thực tế là các thanh DRAM. Nhưng điều gì làm cho DRAM có tính động? Hãy tìm hiểu!
Bảng nội dung DRAM hoạt động như thế nào?
Theo thiết kế, DRAM là bộ nhớ không ổn định, có nghĩa là nó chỉ có thể lưu trữ dữ liệu trong một khoảng thời gian ngắn. Mỗi ô nhớ DRAM được xây dựng bằng một transistor và một tụ điện, trong đó dữ liệu được lưu trữ trong tụ điện. Transistor có xu hướng rò đi một lượng điện nhỏ theo thời gian, do đó tụ điện bị xả hết điện, dẫn đến mất thông tin được lưu trữ trong đó.
Do đó, DRAM phải được làm mới với một điện tích điện mới mỗi vài mili giây để giúp nó giữ được dữ liệu đã lưu trữ. Khi DRAM không còn điện năng (chẳng hạn khi bạn tắt máy tính), tất cả dữ liệu lưu trữ trong nó cũng bị mất. Nhu cầu làm mới liên tục dữ liệu làm cho DRAM có tính động. Bộ nhớ tĩnh, như SRAM (Bộ nhớ Truy cập Ngẫu nhiên Tĩnh), không cần được làm mới.
DRAM so với SRAM
Có hai phân loại chính của bộ nhớ chính – DRAM (Dynamic Random Access Memory) và SRAM (Static Random Access Memory). Trong khi chúng ta đã tìm hiểu DRAM là gì và cách nó hoạt động, thì nó so sánh với SRAM như thế nào?
SRAM sử dụng một ô nhớ gồm sáu transistor để lưu trữ dữ liệu, khác với phương pháp sử dụng cặp transistor và tụ điện của DRAM. SRAM là bộ nhớ trên chip thường được sử dụng làm bộ nhớ cache cho CPU. Nó nhanh hơn đáng kể và tiết kiệm năng lượng hơn hầu hết các loại RAM khác, bao gồm cả DRAM. Tuy nhiên, nó cũng đáng kể đắt hơn để sản xuất và không thể thay thế/ nâng cấp bởi người dùng. DRAM, åor nên, thường có thể được thay thế bởi người dùng. Dưới đây là những khác biệt chính giữa DRAM và SRAM:
DRAM |
SRAM |
|---|---|
| Nó sử dụng tụ điện để lưu trữ dữ liệu | Nó sử dụng bóng bán dẫn để lưu trữ dữ liệu |
| Tụ điện cần làm mới liên tục để giữ lại dữ liệu | Không cần làm mới vì nó không sử dụng tụ điện để lưu trữ dữ liệu |
| Có tốc độ chậm hơn SRAM | Nhanh hơn đáng kể so với DRAM |
| Rẻ hơn để sản xuất | Rất đắt |
| Các thiết bị DRAM có mật độ cao | SRAM có mật độ thấp |
| Được sử dụng làm bộ nhớ chính | Dùng làm bộ nhớ cache cho CPU |
| Sản lượng nhiệt và mức tiêu thụ điện năng tương đối thấp hơn SRAM | Sản lượng nhiệt cao và tiêu thụ điện năng |
Các loại DRAM
Bây giờ khi bạn đã biết cách DRAM hoạt động, hãy xem xét năm loại DRAM khác nhau:
ADRAM
Các mô-đun DRAM truyền thống hoạt động không đồng bộ hoặc độc lập. Chúng được gọi là ADRAM (Asynchronous DRAM). Ở đây, bộ nhớ sẽ nhận yêu cầu từ CPU để truy cập thông tin cụ thể, sau đó xử lý yêu cầu đó và cung cấp người dùng quyền truy cập. Do đó, bộ nhớ chỉ có thể xử lý yêu cầu một lần, dẫn đến việc xảy ra độ trễ.
SDRAM
SDRAM, hoặc Synchronous DRAM, hoạt động bằng cách đồng bộ việc truy cập bộ nhớ với tốc độ đồng hồ của CPU. Ở đây, CPU của bạn có thể giao tiếp với RAM, cho phép nó biết dữ liệu nào sẽ cần và khi nào, để RAM có thể chuẩn bị trước. RAM và CPU làm việc cùng nhau, dẫn đến tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn.
DDR SDRAM
Ở đây, DDR viết tắt của Double-Data-Rate, không phải là dance-dance-revolution (một trò chơi nhảy múa). Mặc dù nó đã tạo ra niềm vui khi nó được ra mắt lần đầu vào năm 2000.
Như bạn đã đoán được từ tên, Double-Data-Rate SDRAM là một phiên bản nhanh hơn của SDRAM với gần hai lần băng thông. Nó thực hiện các chức năng trên cả hai cạnh của tín hiệu đồng hồ CPU (một lần khi nó tăng và một lần khi nó giảm), trong khi SDRAM tiêu chuẩn chỉ thực hiện nó ở cạnh tăng của tín hiệu đồng hồ CPU.
Bộ nhớ DDR có bộ đệm 2-bit prefetch (bộ nhớ cache lưu trữ dữ liệu trước khi cần), dẫn đến tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn đáng kể. Theo thời gian, chúng ta đã có các thế hệ mới hơn của DDR SDRAM.
DDR2 SDRAM
Bộ nhớ DDR2 được giới thiệu vào năm 2003 và nhanh gấp đôi DDR, nhờ tín hiệu bus cải thiện. Trong khi nó có cùng tốc độ đồng hồ nội bộ với DDR, nó có bộ đệm 4-bit prefetch và có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu từ 533 đến 800MT/s. Ngoài ra, DDR2 RAM có thể được cài đặt theo cặp để tăng khả năng thông lượng bộ nhớ kép (mà chúng ta game thủ đã biết và yêu thích).
DDR3 SDRAM
DDR3 xuất hiện lần đầu vào năm 2007 và tiếp tục xu hướng gấp đôi bộ đệm prefetch (8-bit) và cải thiện tốc độ truyền (800 đến 2133MT/s). Tuy nhiên, nó còn một mẹo khác — giảm tiêu thụ điện năng khoảng 40%. Trong khi DDR2 hoạt động ở 1.8 volt, DDR3 hoạt động ở khoảng từ 1.35 đến 1.5 volt. Với tốc độ truyền dữ liệu tốt hơn và tiêu thụ điện năng thấp hơn, DDR3 trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho bộ nhớ laptop.
DDR4 SDRAM
DDR4 ra mắt 7 năm sau đó với điện áp hoạt động thấp hơn và tốc độ truyền cao hơn đáng kể so với DDR3. Nó hoạt động ở 1.2 volt và có tốc độ đồng hồ từ 2133 đến 5100MT/s (và còn cao hơn nữa với overclocking). DDR4 là loại DRAM phổ biến nhất được sử dụng trong máy tính ngày nay, mặc dù DDR5 đang nhanh chóng phát triển.
DDR5 SDRAM
DDR5 là thế hệ DRAM mới nhất và được giới thiệu vào năm 2021. Mặc dù tiêu thụ điện năng chưa giảm mạnh (ở 1.1 volt), hiệu suất đã tăng gấp đôi so với DDR4.
Một trong những điều tốt nhất về DDR5 là hiệu suất kênh. Hầu hết các mô-đun DDR4 chỉ có một kênh 64-bit, có nghĩa là bạn cần cài đặt 2 mô-đun riêng biệt vào các khe RAM phù hợp trên bo mạch chủ của bạn để tận dụng cấu hình kênh kép. Hãy xem bài viết của chúng tôi về RAM kênh đơn so với RAM kênh kép để tìm hiểu về lợi ích về hiệu suất của bộ nhớ kênh kép.
Mô-đun bộ nhớ DDR5, ngược lại, được trang bị hai kênh độc lập 32-bit — có nghĩa là một thanh DDR5 RAM duy nhất đã chạy ở chế độ kênh kép.
DDR5 cũng thay đổi cách điều chỉnh điện áp. Đối với các thế hệ trước của DRAM, bo mạch chủ chịu trách nhiệm về điều chỉnh điện áp. Tuy nhiên, các mô-đun DDR5 có một vi mạch quản lý nguồn điện tích hợp.
| SDRAM | DDR | DDR2 | DDR3 | DDR4 | DDR5 | |
| Prefetch Buffer | 1-Bit | 2-Bit | 4-Bit | 8-Bit | 8-Bit | 16-Bit |
| Transfer Rate (GB/s) | 0.8 – 1.3 | 2.1 – 3.2 | 4.2 – 6.4 | 8.5 – 14.9 | 17 – 25.6 | 38.4 – 51.2 |
| Data Rate (MT/s) | 100 – 166 | 266 – 400 | 533 – 800 | 1066 – 1600 | 2133 – 5100+ | 3200 – 6400 |
| Voltage | 3.3 | 2.5 – 2.6 | 1.8 | 1.35 – 1.5 | 1.2 | 1.1 |
Bộ nhớ ECC
ECC viết tắt của Error-Correcting Code, và loại bộ nhớ này chứa các bit bổ sung so với các mô-đun bộ nhớ tiêu chuẩn. Ví dụ, một mô-đun DDR4 tiêu chuẩn có 64 bit kênh. Tuy nhiên, một mô-đun DDR4 ECC sẽ có một kênh 72 bit. Các bit bổ sung này chứa một mã sửa lỗi được mã hóa. Nhưng tại sao chúng ta cần ECC? Liệu lỗi có xảy ra ngẫu nhiên và thường xuyên không?
Mặc dù lỗi thường không xảy ra tự ý, chúng có thể được gây ra bởi nhiễu. Nhiễu điện, từ trường hoặc thậm chí nhiễu vũ trụ tự nhiên hiện diện như là bức xạ nền trong không khí có thể khiến các bit động lực ngẫu nhiên chuyển sang trạng thái đối nghịch.
Cách hoạt động của ECC
Mỗi byte gồm 8 bit. Hãy lấy ví dụ 00100100. Nếu nhiễu gây ra một trong các bit này thay đổi một cách tự ý, chúng ta có thể có kết quả — 00100101. Bây giờ, nếu các bit này đại diện cho các ký tự, sự thay đổi trong giá trị sẽ dẫn đến dữ liệu bị lỗi hoặc hỏng. ECC liên tục quét lỗi như vậy và sửa chữa chúng để giữ cho dữ liệu được bảo toàn và không bị hỏng.
Module ECC RAM bổ sung lưu trữ một mã sửa lỗi đã được mã hóa khi dữ liệu được ghi vào bộ nhớ. Khi dữ liệu cùng loại được đọc, một mã ECC mới được tạo ra. Hai mã này được so sánh để xác định xem có bất kỳ bit nào đã bị đảo ngược hay không. Nếu có, ECC sẽ nhanh chóng sửa lỗi, từ đó ngăn chặn việc mất dữ liệu hoặc hỏng hóc.
Bộ nhớ ECC rất quan trọng đối với các doanh nghiệp xử lý lượng dữ liệu lớn, như các nhà cung cấp dịch vụ đám mây và các tổ chức tài chính. Hãy suy nghĩ điều này – nếu một dịch vụ đám mây như iCloud hoặc Google Drive gặp sự cố hỏng hóc dữ liệu trên máy chủ của họ, tất cả những bức ảnh và tài liệu quý giá của bạn sẽ bị mất mãi mãi. Chúng ta không thể chấp nhận điều đó được phải không? Bộ nhớ ECC là lựa chọn hàng đầu cho các máy chủ và máy trạm.
Lưu ý: Trong khi ECC là tính năng tùy chọn trong RAM DDR4, tất cả các mô-đun DDR5 đều có ECC tích hợp.
Rambus DRAM
RDRAM được giới thiệu vào giữa những năm 1990 bởi Rambus, Inc., như một sự thay thế cho DDR SDRAM. Nó có giao diện bộ nhớ đồng bộ như SDRAM và tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn (266 đến 800 MT/s). RDRAM chủ yếu được sử dụng cho trò chơi điện tử và GPU, và thậm chí Intel cũng đã tham gia vào việc sử dụng RDRAM trong một khoảng thời gian ngắn cho đến khi họ loại bỏ nó vào năm 2001. RDRAM được kế thừa bởi bộ nhớ XDR (Extreme Data Rate) của Rambus, được sử dụng trong các thiết bị tiêu dùng khác nhau, bao gồm cả máy chơi game PlayStation 3 của Sony. XDR sau đó đã được thay thế bằng XDR2, nhưng không thành công khi tiêu chuẩn DDR được áp dụng rộng rãi hơn.
DRAM trong SSD: Ứng dụng như thế nào?
Khác với ổ cứng cơ học, SSD không lưu trữ dữ liệu trên một đĩa quay. Thay vào đó, trong SSD, dữ liệu được ghi trực tiếp vào các ô nhớ flash của chúng, được gọi là NAND flash. Bất kỳ dữ liệu nào được lưu trữ trong một SSD đều liên tục được chuyển đổi từ một ô nhớ sang ô nhớ khác để đảm bảo không có ô nhớ duy nhất nào bị hỏng do việc đọc và ghi dữ liệu quá mức. Mặc dù điều này là cần thiết để tăng tuổi thọ và độ tin cậy của ổ đĩa, nhưng làm sao bạn biết dữ liệu được lưu trữ ở đâu nếu nó luôn di chuyển?
SSD duy trì một bản đồ ảo của tất cả dữ liệu của bạn, theo dõi nơi lưu trữ từng tệp tin. Trên một SSD có DRAM, bản đồ dữ liệu này được lưu trữ trên chip DRAM, hoạt động như một bộ nhớ cache siêu nhanh. Nếu bạn muốn mở một tệp tin, máy tính của bạn có thể truy cập trực tiếp vào DRAM trên SSD để tìm kiếm nhanh chóng.
Tuy nhiên, trên các SSD không có DRAM, bản đồ dữ liệu được lưu trữ trên NAND flash, chậm hơn nhiều so với DRAM. Nó vẫn nhanh hơn một ổ cứng cơ học bất kỳ, nhưng chậm hơn một chút so với một SSD có DRAM.
DRAM: Ưu điểm và Nhược điểm
| Thuận lợi | Nhược điểm |
|---|---|
| Thiết kế đơn giản, yêu cầu các cặp bóng bán dẫn và tụ điện | Tiêu thụ năng lượng cao hơn so với các lựa chọn khác |
| Giá cả phải chăng: DRAM rẻ hơn so với hầu hết các loại RAM khác | Tính không ổn định: DRAM mất tất cả dữ liệu đã lưu trữ khi mất nguồn điện |
| Mật độ: DRAM có thể chứa nhiều dữ liệu hơn hầu hết các loại RAM khác, kể cả SRAM | Dữ liệu cần được làm mới liên tục |
Kết Luận DRAM một cách tổng quan
Chúng ta đã thảo luận về DRAM kỹ lưỡng trong bài viết này, giải thích không chỉ cách nó hoạt động mà còn cách nó đã phát triển trong hơn 30 năm qua. Tóm lại những gì chúng ta đã học, DRAM (Dynamic Random Access Memory) là một loại RAM có tính bay hơi, có nghĩa là nó sẽ mất tất cả dữ liệu đã lưu trữ khi mất nguồn điện.
