Lưu trữ‎ > ‎CMKT‎ > ‎

Bộ nhớ

Bộ nhớ và lưu trữ

Các mạng điển hình ngày nay có rất nhiều kiểu lưu trữ dữ liệu khác nhau. Việc hiểu được các phương pháp lưu trữ dữ liệu là cần thiết để tìm hiểu được mạng của bạn. Trong loạt bài này chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn một số kiểu lưu trữ dữ liệu chung, một số công nghệ sắp được đưa ra và giới thiệu thêm về một số giao thức địa chỉ hóa bộ nhớ chung. 

Lưu trữ từ tính 

Các ổ đĩa cứng, đó là kiểu lưu trữ từ tính chung nhất, dùng để lưu dữ liệu trên một trục các đĩa mỏng. Các đĩa này được chế tạo từ aluminum, thủy tinh hoặc ceramic và được bọc bên ngoài với một lớp vật liệu sắt từ, thường là hợp kim coban. Lớp vật liệu sắt từ này bao phủ sẽ cho phép đầu đọc/ghi có thể từ hóa các vùng nhỏ của đĩa để thể hiện dữ liệu số trên đó.


Hình 1: Ổ cứng đã được bóc lớp vỏ

Có nhiều đĩa mỏng bên trong một ổ cứng, chúng được cách ly với nhau bởi các miếng đệm trên một trục đơn. Trục này được điều khiển bởi một mô tơ có thể quay tròn các đĩa. Tốc độ của mô tơ này là không đổi và là tốc độ của ổ cứng. 

Các đầu đọc ghi trên từng mặt đĩa được gắn với một cánh tay chuyển động riêng. Cánh tay chuyển động này được điều khiển bằng một mô tơ servo có thể chuyển đầu đọc vào gần hoặc ra xa với trục. 

Có hai cách để ghi dữ liệu lên đĩa: theo chiều ngang và chiều vuông góc. Chiều ngang là cách truyền thống để ghi dữ liệu lên đĩa. Bạn có thể nghĩa nó giống như một thanh nam châm được đặt bằng phẳng trên bề mặc đĩa từ đầu đến cuối. Có thể hình dung dễ dàng rằng các vùng này mất rất nhiều không gian. Đây là lý do tại sao các nhà sản xuất ổ cứng đã phải đầu tư nghiên cứu rất nhiều để giảm kích thước của các vùng này. Hiện chúng ta đã đạt được giới hạn nào đó về thiết kế cho các vùng. Điều này là bởi vì hiệu quả siêu thuận từ. Cơ bản, hiệu quả này mô tả các hiệu quả nhiệt độ ngẫu nhiên có thể lật cực tính của mỗi nam châm rất nhỏ. Trên mỗi ổ cứng, nếu cực tính của một trong các vùng có nam châm được lật thì có nghĩa là dữ liệu đã được thay đổi từ “1” thành “0”.

Công nghệ ghi vuông góc có thể cho phép các thiết kế đóng gói được nhiều dữ liệu hơn trên cùng một vùng của đĩa mà không phải buồn phiền về hiệu quả của siêu thuận từ cho các vùng có kích thước giống nhau. Nó hơi khó hiểu trong vấn đề tại sao chúng ta không phải lo lắng về hiệu quả của siêu thuận từ. Về bản chất vấn đề này là hướng của trường từ tính đã thay đổi, và vì vậy chúng tương tác với các thành phần bên cạnh của chúng khác nhau. Sự tương tác này rất quan trọng trong việc xác định xem siêu thuận từ có ảnh hưởng hay không. Tương tự với ổ cứng, các bit được lưu trên một dải băng bằng cách đảo cực một vùng từ tính nhỏ. Có hai kiểu cơ bản của dải băng đó là: tuyến tính và xoắn ốc. 

Các ổ băng tuyến tính có các rãnh tuyến tính. Trên băng có một số rãnh mở rộng từ băng này đến băng khác. Mỗi rãnh gồm có nhiều vùng từ tính nhỏ, các vùng này có thể được sử dụng để thể hiện bít dữ liệu ‘1’ hoặc ‘0’. Các băng xoắn ốc có các rãnh có thể chạy theo đường chéo lên xuống theo băng. Điều đó có nghĩa rằng các rãnh sẽ chồng lên nhau. Bình thường điều đó là không tốt, tuy nhiên kiểu băng này sẽ dụng hai đầu ghi, mỗi đầu ghi lại sử dụng một trạng thái phân cực đối nhau, điều đó cho phép đầu đọc có thể phân biệt được các rãnh. Do vậy nó có thể cho dung lượng cao hơn khi sử dụng băng. 

Bộ nhớ bán dẫn 

Một trong những loại bộ nhớ bán dẫn thông thường đó là RAM, bạn có thể xem hình 2. Có hai loại RAM chung đó là động và tĩnh. Ram tĩnh (SRAM) lưu dữ liệu trong một bộ gồm có 6 transistor (6 transistor này tạo thành một khối được biết đến đó là một flip-flop (FF)). Ram động (DRAM) lưu dữ liệu bằng các tụ điện, cần phải làm tươi liên tục, đây là lý do tại sao DRAM không lưu được dữ liệu khi mất điện. Ưu điểm của DRAM là chỉ cần đến một trasistor và mỗi tụ điện cho mỗi bit. Điều này làm cho nó có dung lượng nhớ cao hơn SRAM. Còn ưu điểm của SRAM là các transistor không cần đến việc làm tươi và tương tác nhanh hơn các tụ điện.


Hình 2: RAM

Một kiểu bộ nhớ bán dẫn khác đang được sử dụng nhiều hiện nay đó là bộ nhớ Flash. Trong loại bộ nhớ này cũng được chia thành hai kiểu: NOR và NAND. NOR (Not OR) thường sử dụng các cổng logic NOR trong khi đó NAND (Not AND) lại sử dụng các cổng logic NAND. 

Cả hai cổng lôgic NAND và NOR đều được cấu tạo từ các transistor và không chứa tụ điện trong đó. Điều này nghĩa là khi mất điện dữ liệu được lưu bên trong chúng sẽ không bị mất.


Hình 3: Ổ USB flash

Mặc dù cả NAND và NOR Flash đều tương tự nhau nhưng chúng cũng có một số điểm khác nhau. NAND flash sử dụng công nghệ truy cập tuần tự phù hợp hơn cho việc lưu trữ dữ liệu. NOR flash là một công nghệ truy cập ngẫu nhiên, điều này làm cho nó tốt hơn trong việc lưu trữ các chương trình sử dụng tốn ít bộ nhớ. NOR flash thường được sử dụng trong các ứng dụng như chạy một hệ điều hành của điện thoại di động. NAND flash được sử dụng điển hình trong các ứng dụng như các thẻ nhớ USB. Theo www.appleinsider.com, mẫu điện thoại mới ra mắt iPhone của hãng Apple sử dụng cả NOR và NAND flash. 

Bộ nhớ quang 

Một kiểu lưu trữ quang học thường được sử dụng nhất đó là CD. Các CD được sản xuất từ polycarbonat plastic có các lỗ nhỏ, các lỗ nhỏ này được sắp xếp theo hình xoắn ốc xung quanh đĩa, đó là các lỗ dùng để biểu thị dữ liệu. Trên polycarbonat này là một lớp vật liệu phản chiếu mỏng, thường là aluminum hay vàng và trên đó là một lớp acrylic để bảo vệ đĩa. 

Khi một CD đang đọc, tia laser sẽ đập vào lớp polycarbonat và được phản chiếu vào lớp vật liệu phản chiếu. Tia laser phản chiếu quay trở lại được phát hiện bằng một cảm biến quang, dùng để chuyển đổi tín hiệu tia laser nhận được thành tín hiệu điện. Phụ thuộc vào tia laser tập trung vào các lỗ hổng khác nhau thì tín hiệu điện thu được cũng sẽ khác nhau vì tia phản chiếu khác nhau. Sự khác nhau trong các tín hiệu điện là cách một máy tính có thể đọc dữ liệu trên đĩa CD như thế nào. Đó là trường hợp đối với các CD thông thường, nhưng việc ghi dữ liệu lên các đĩa CD như thế nào? Một CD-R cũng tương tự như một CD trong cấu trúc chung của nó ngoại trừ có hai khía cạnh chính. Đầu tiên đó là nó không có các lỗ.Thứ hai, giữa polycarbonat và aluminum phản chiếu có một lớp thuốc nhuộm trong suốt. Để lưu dữ liệu vào CD-R, tia laser dùng để ghi được tập trung vào phần xoắn ốc muốn ghi (đường xoắn ốc này không tồn tại cho tới khi bạn tạo nó bằng việc ghi dữ liệu lên) và nung nóng lớp thuốc nhuộm. Các thuộc tính hóa học của lớp thuốc nhuộm thay đổi tương ứng ở độ mờ của nó với nhiệt độ đốt nóng. Vì vậy tia laser dùng để ghi có thể chuyển động dọc theo đường xoắn ốc và thay đổi độ mờ của các vùng nhỏ, sự khác biệt trong độ mờ thể hiện ra dữ liệu đó là các con số ‘1’ và ‘0’. Dữ liệu sau đó được đọc từ CD-R theo cách như một CD. CD-R chỉ có thể được ghi một lần. Điều này là bởi vì khi đã làm lớp thuốc nhuộm thay đổi thì bạn không thể làm cho nó trong suốt lại được lần nữa. Vậy sau CD-R là gì? CD-RW sử dụng lớp thuốc nhuộm khác, lúc đầu có màu đục, sau khi được đốt nóng có màu trong suốt. Thuốc nhuộm này cũng có thuộc tính khá thú vị đó là có thể trở lại trạng thái ban đầu nếu được đốt nóng đến một nhiệt độ cao hơn. Điều này cho phép bạn dễ dàng xóa các dữ liệu đã được lưu trên đĩa trước đó.


Hình 4: Ảnh của các lỗ trên một đĩa DVD

Các đĩa DVD làm việc cũng giống như đĩa CD. Các đĩa này có thể lưu nhiều dữ liệu hơn đĩa CD vì về bản chất chúng gồm nhiều đĩa CD mỏng được cất trữ trên một DVD. Điều đó được tạo từ một số lớp polycarbonat và vật liệu phản chiếu. Các tia laser và cảm biến quang cũng có nhiều cải tiến hơn, trong đó tia laser có khả năng xuyên qua các lớp khác nhau và cảm biến quang cũng có thể phát hiện được tất cả các lớp khác nhau đó. 

Có một số phương pháp chung trong việc lưu trữ dữ liệu mới. Bạn hãy đón đọc phần tiếp theo của bài báo, trong phần đó chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn một số kỹ thuật mới như bộ nhớ pulse-change và bộ nhớ holographic.

Các công nghệ lưu trữ mới

Trong phần trên chúng tôi đã giới thiệu cho các bạn về một số công nghệ lưu trữ thông thường đang được ứng dụng rộng rãi. Tất cả công nghệ đó đều được ứng dụng trong các mạng điển hình ngày nay. Trong phần hai này chúng tôi sẽ tiếp tục giới thiệu cho các bạn một số công nghệ mới vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi. Trong một số trường hợp các công nghệ này vẫn chỉ được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, một số trường hợp khác có trong sản phẩm đã có bán trên thị trường nhưng vẫn chưa khai thác hết khả năng tiềm tàng của công nghệ đó. 

Bộ nhớ phân tử 

Điều gì xảy ra đối với các công nghệ lưu trữ được giới thiệu trong bài trước? Rõ ràng là không có một vấn đề gì cả. Động cơ cho việc phát triển công nghệ lưu trữ mới là chúng ta muốn nhanh chóng vươn đến được giới hạn nhỏ và nhanh trong các thiết bị, trong khi đó người dùng luôn yêu cầu dung lượng và hiệu suất tốt hơn. Chính vì vậy các công nghệ mới càng cần phải được nghiên cứu và sớm đưa ra hơn. Trong phần này chúng tôi có giới thiệu đến công nghệ nhớ phân tử. Vậy công nghệ nhớ phân tử là gì? Điều gì làm cho bộ nhớ phân tử hấp dẫn đến vậy, câu trả lời là các phân tử rất nhỏ và có thể cung cấp một mật độ nhớ lớn hơn gấp nhiều lần so với các công nghệ hiện tại. Để giữ một bit trong một phân tử, theo lý thuyết điều này khá đơn giản. Bạn chỉ cần thêm hoặc bớt các electron trong mỗi phân tử đó. Điều khó khăn ở đây là việc đọc và ghi các bit dữ liệu đó như thế nào. 

Để truy cập vào các phân tử để đọc và ghi, một số nhà nghiên cứu đã sắp xếp một mảng phân tử xung quanh các ống nano nhỏ có khả năng tích điện. Phương pháp này được thể hiện như trong hình 2. Một số chuyên gia nghiên cứu khác lại muốn gia công các bít dữ liệu thông qua sóng vô tuyến. Họ thực hiện điều đó bằng cách tạo một xung điện từ ở một tần số nào đó, xung này sau đó có thể thay đổi để nạp cho phân tử. Để đọc các bít dữ liệu, một xung tần số khác sẽ được tạo ra sau đó. Kết quả phân tử có xung thứ hai này có thể cho bạn biết rằng xung đầu tiên đã tương tác với phân tử, do vậy cho phép bạn lưu và sau đó đọc bit dữ liệu đó.

Sơ đồ thiết bị nhớ phân tử
Hình 1: Sơ đồ thiết bị nhớ phân tử

Như những gì bạn có thể nhìn thấy ở trên là công nghệ bộ nhớ phân tử, công nghệ này có thể hứa hẹn sẽ cung cấp cho người dùng một mật độ nhớ lớn. Tuy nhiên, hiện nay bộ nhớ phân tử vẫn nằm trong các phòng thí nghiệm, vì vậy có lẽ chúng ta sẽ phải đợi đến vài năm tiếp theo để có thể thấy được công nghệ mới này sẽ mang đến những thuận lợi trong ứng dụng cho chúng ta như thế nào. 

Bộ nhớ thay đổi pha 

Không giống như bộ nhớ phân tử, bộ nhớ thay đổi pha hiện đã được đưa vào ứng dụng. Trong thực tế, công nghệ bộ nhớ thay đổi pha được đưa ra cách đây khoảng vài thập kỷ. Vào năm những năm 60, Stanford Ovshinsky đã phát minh ra cách để kết tinh các vật liệu vô định hình, các vật liệu không có cấu trúc cụ thể. 

Như được đề cập đến trong phần 1, các CD-R và CD-RW làm việc bởi tia laser thay đổi độ mờ của một vùng nhỏ trên mỗi đĩa. Sự thay đổi tính mờ của vật liệu từ vô định sang kết tinh, và ngược lại. Đây cũng là công nghệ được phát minh bởi Ovshinsky. Ovshinsky là người đầu tiên chế tạo CD-RW vào năm 1970. 

Sự khác nhau giữa công nghệ CD-R và công nghệ thay đổi pha là với bộ nhớ của công nghệ thay đổi pha, trạng thái kết tinh của một vùng nhỏ được thay đổi bằng một dòng điện chứ không phải tia laser. Khi không sử dụng tia laser để đọc và ghi dữ liệu thì chúng ta sẽ không làm mờ vùng nhưng lại xuất hiện điện trở suất ở vùng đó. Khi vùng đó thay đổi sang kết tinh hoặc vô định hình thì điện trở suất của vùng có thể đo được và dựa vào số điện trở suất người ta có thể phân biệt được đó là ‘1’ hay ’0’. 

Bây giờ bạn có thể thấy được điện trở xuất khá giống với tính mờ đục. Một vật liệu có điện trở không cho phép nhiều điện tích để lưu thông qua nó và vật liệu mờ không cho phép nhiều ánh sáng xuyên qua nó. Bạn cũng nên biết rằng các vật liệu mờ trong thực tế có sự phản chiếu ánh sáng. Bạn có thể không nhận ra rằng các vật liệu có điện trở cũng phản chiếu. Đúng hơn , nó là trở kháng (impedance) của vật liệu sẽ phản chiếu điện. Điện trở là một khía cạnh của những gì tạo nên trở kháng; các thành phần khác là điện dung và điện cảm. Trong nhiều ứng dụng, việc hạn chế sự phản chiếu bởi trở kháng phù hợp là một vấn đề lớn trong thiết kế. 

Bộ nhớ thay đổi pha có tiềm năng thay thế được bộ nhớ flash trong một vài năm tới. Vậy làm thế nào để có thể so sánh được với ổ flash? Giống như ổ flash, bộ nhớ thay đổi pha là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên ổn định làm cho nó phù hợp với cả chạy mã và lưu trữ dữ liệu. Năm 2006, IBM cùng với Macronix và Qimonda đã tuyên bố các kết quả nghiên cứu rằng họ đã thiết kế, xây dựng và minh chứng được thiết bị nhớ thay đổi pha đầu tiên. Thiết bị này nhanh hơn gấp 500 lần so với ổ flash trong khi sử dụng ít hơn một nửa công suất tiêu thụ. Thiết bị đầu tiên này cũng nhỏ gọn hơn các bộ nhớ flash. 

Bộ nhớ Holographic 

Nhiều người nghĩ rằng công nghệ holographic chỉ là mang tính lý thuyết, nhưng ngày nay nó đang dần trở thành một công nghệ hiện thực. Rõ ràng nó chưa được sử dụng rộng rãi và khá đắt đỏ. Tuy nhiên tình trạng này sẽ sớm được thay đổi bởi vì có rất nhiều ưu điểm để lưu trữ dữ liệu của bạn trên bộ nhớ công nghệ holographic này.

Thiết bị nhớ công nghệ holographic
Hình 2: Thiết bị nhớ công nghệ holographic

Bộ nhớ holographic làm việc bằng cách chiếu hai chùng sáng dính liền vào một môi trường nhạy cảm với ánh sáng, một chùm dữ liệu và một chùm tham chiếu. Mẫu giao thoa kích thước ba chiều được tạo bởi hai chùm sáng này được lưu như một kỹ thuật tạo ảnh ba chiều. Mẫu giao thoa này có thể được đọc bằng cách chỉ chiếu sáng chùm tham chiếu vào mẫu giao thoa; chùm thu được sẽ giống với chùm dữ liệu gốc. 

Kiểu bộ nhớ ba chiều này nghĩa là chúng ta có thể lưu và truy cập các trang bộ nhớ cùng một thời điểm. Nó cũng có nghĩa là các thiết bị nhớ holographic sẽ có một khả năng nhớ với số lượng lớn không tưởng. 

Với các ưu điểm của nó, chúng tôi nghĩ rằng nó sẽ sớm trở thành một công nghệ lưu trữ được sử dụng trong thị trường lưu trữ thứ ba. Mặc dù vậy tôi vẫn không tin chắc rằng các thiết bị holographic đó sẽ được phổ biến như các đĩa CD và DVD ngày nay. 

RAM Magneto - điện trở (MRAM) 

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên Manhêtô-điện trở, cũng giống như bộ nhớ holographic, cũng đã được sử dụng hiện nay. Vào tháng 7 năm 2006, Freescale đã tuyên bố sản phẩm MRAM được sản xuất đầu tiên. Ngày nay, có một số sản phẩm MRAM đã được sản xuất cho sử dụng mặc dù chúng rất đắt và có mật độ nhớ thấp. 

Giống như các ổ cứng, MRAM lưu dữ liệu trong môi trường lưu trữ từ tính, làm cho MRAM trở thành một phương tiện lưu trữ cố định. Đây là một tính năng quan trọng của MRAM, tính năng sẽ cho phép nó chạy đua với DRAM và SRAM. Mặc dù không nhanh như SRAM nhưng các chip MRAM cho phép đọc và ghi nhanh hơn DRAM. MRAM còn có một mật độ nhớ cao hơn nhiều so với SRAM. Điều này sẽ cho phép các kỹ sư thiết kế CPU tương lai có nhiều lựa chọn hơn.

Các đặc điểm kỹ thuật của Bus

Trong hai phần trên chúng tôi đã viết về các công nghệ nhớ khác nhau gồm có: các ổ đĩa cứng, RAM, MRAM và kiểu lưu trữ dữ liệu holographic. Rõ ràng, công nghệ đã sử dụng cho việc lưu trữ dữ liệu vật lý chỉ là một phần trong những gì sẽ quyết định hiệu suất mà bạn thấy. Để hiểu một cách đầy đủ về hiệu suất của bộ nhớ, bạn phải hiểu cách bộ nhớ kết nối với CPU như thế nào và nó có thể được gia công ra sao. 

Nhìn chung, bộ nhớ được kết nối đến CPU theo cùng một cách kết nối vật lý; thông qua bus hệ thống. Hãy quan sát vào bên trong bo mạch chủ máy tính, bạn sẽ thấy rất nhiều dây; đây chính là bus hệ thống của nó. 

Các bus hệ thống khác nhau được định nghĩa với các đặc điểm kỹ thuật của hệ thống. Đặc điểm kỹ thuật của bus hệ thống sẽ gồm số dây, kích thước của dây, mỗi dây được sử dụng cho cái gì và bộ kết nối gì cần được sử dụng. Chi tiết kỹ thuật của bus hiện đại có các tính năng tiên tiến và khá phức tạp, với nhiều dây truyền phát dữ liệu theo cả hai hướng, nhiều dây cho việc điều khiển tín hiệu. 

Một trong các chi tiết kỹ thuật của bus được sử dụng liên tục và lâu đời nhất là mạch tích hợp chéo hoặc I2C. Đó là một chi tiết kỹ thuật khá đơn giản, chỉ với hai dây hai chiều, một cho dữ liệu và một cho tín hiệu clock.


Một đặc tả của bus I2C. Vcd là điện áp, SDA là cho dữ liệu và SCL là cho tín hiệu clock

Mạch tích hợp chéo 

Được phát triển vào đầu những năm 1980 bởi Philips Semiconductor, I2C được phát triển với tư cách là chuẩn tốc độ thấp cho việc truyền thông nối tiếp trên bo mạch. Ban đầu được phát triển để sử dụng trong máy thu hình, nó chỉ mất vài năm để được chấp nhận rộng rãi. I2C ngày nay vẫn được sử dụng trong nhiều ứng dụng như trong các màn hình máy tính. 

Trước I2c, mỗi thiết bị đã sử dụng bởi một bộ vi điều khiển phải được kết nối trực tiếp đến đến bộ vi điều khiển đó. Vấn đề phát sinh với điều đó là nó sẽ làm tăng tính phức tạp của hệ thống, bạn phải tăng số lượng chân trên bộ vi điều khiển để giao tiếp với các thiết bị bổ sung. 

Với việc bổ sung thêm bus và bo mạch, mỗi thiết bị có thể kết nối đến bus và bộ vi điều khiển chỉ cần kết nối đến bus. Những gì cần thiết là một tập các nguyên tắc để sử dụng bus như thế nào. Thậm chí bus ở thời buổi ban đầu này dường như rất giống với một mạng! 

Phiên bản hiện nay của đặc tả I2C là 3.0. Phiên bản này hỗ trợ cho 4 mục tốc độ bus:
  • Standard (Chuẩn) 100 kb/s
  • Fast (Nhanh) 400 kb/s
  • Fast mode plus (Nhanh hơn) 1 Mb/s
  • High speed mode (Tốc độ cao) 3.4 Mb/s

Một khả năng thực sự thú vị của I2C được gọi là clock kéo dài. Clock kéo dài có nghĩa là gì, thiết bị slave có thể giữ tín hiệu clock. Điều này rất hữu dụng bởi khi thiết bị slave nhận một yêu cầu đọc, nó có thể giữ clock cho đến khi nó chuẩn bị gửi thông tin đến master và sau đó phóng thích clock khi nó đã sẵn sàng gửi. 

Các công ty khác cũng đầu tư rất nhiều vào đầu những năm 1980 để phát triển chi tiết kỹ thuật bus của chính họ. IBM là một trong những công ty đó. Một trong những bus ban đầu của họ là Industry Standard Architecture hoặc ISA, bus. Khi được phát triển lên IBM đã gọi nó là XT bus.

Các đặc điểm kỹ thuật của IBM 

Được phát triển vào năm 1981, bus 8 bit, ISA sau đó được thay đổi thành kiến trúc bus 16 bit. Bus ISA hỗ trợ cho các tốc độ lên đến 8Mb/s. Trong suốt những năm 80, ISA tiếp tục được phổ biến rộng rãi, nhưng nó chưa thực sự hoàn hảo. Một trở ngại lớn đối với ISA là đặc điểm kỹ thuật đã thiếu các thông tin chi tiết về định thời bus và các nguyên tắc điều khiển bus. Chính vì lý do đó, nhiều công ty đã tập trung vào cải thiện phiên bản bus ISA của chính họ với các chi tiết kỹ thuật độc nhất. Các phiên bản độc nhất của ISA này lại khó khăn trong việc tương thích và gây ra rất nhiều vấn đề hóc búa. 

Một trở ngại khác đối với ISA là các cấu hình chuyên sâu cần phải kết nối với một thiết bị đến bus. Vào năm 1993, ISA Plug and Play đã được phát triển để giải quyết vấn đề này. Kiến trúc plug and play đã cho phép hệ điều hành của máy tính có thể thực hiện việc cấu hình thay vì người dùng. Điều này là một bước tiến lớn trong kiến trúc máy tính và cho đến ngày nay nhiều máy tính vẫn hỗ trợ ISA plug and play. 

Vào cuối những năm 80, IBM đã cố gắng thay thế thế hệ ISA bus bằng kiến trúc kênh siêu nhỏ Micro Channel Architecture hoặc MCA, bus. Chi tiết kỹ thuật này đã cho ra bus 32 bit và việc cấu hình tự động. 

Tuy MCA giải quyết được sự giàng buộc bus 16 bit của ISA và đã cho phép truyền thông lên đến tốc độ 40Mb/s, nhưng vẫn có một số bất thuận tiện đối với sự chấp thuận của công nghiệp đối với chi tiết kỹ thuật của bus này. Một trong những trở ngại đó là MCA là một công nghệ thuộc quyền sở hữu riêng, điều đó có nghĩa bất kỳ công ty nào muốn sử dụng MAC đều phải trả tiền cho IBM. Rõ ràng đây là điều mà công chúng không bao giờ thích. 

Kiến trúc chuẩn công nghiệp được mở rộng 

Sau khi IBM phát triển MAC một thời gian ngắn, các đối thủ cạnh tranh gồm có Compaq và HP đã bắt kịp họ với một giải pháp. Họ đã tổ chức và phát triển kiến trúc chuẩn công nghệ mở rộng hoặc EISA. Quả thực họ cũng muốn đặt lại tên khác với XT bus và ISA bus của IBM để không xâm phạm bản quyền thương hiệu của IBM. 

Giống như MCA, EISA là một kiến trúc bus 32 bit. Nhưng, cũng giống như tên được ngụ ý của nó, EISA là một mở rộng của ISA bus trước đó, điều đó có nghĩa rằng nó tương thích được với các thiết bị ISA. Và mặt khác nó cũng là một chi tiết kỹ thuật mở. EISA đã hỗ trợ truyền thông song song ở tốc độ 8,33MB/s.


Ba khe EISA

Chính do EISA là một kiến trúc mở nên nó nhanh chóng được phổ biến rộng rãi trong lĩnh vực CNTT. Tuy vậy sự phổ biến này không được lâu thì EISA sớm bị thay thế bởi PCI bus của Intel. 

PCI bus hiện đang được thay thế bởi PCI Express hay PCIe. PCIe là một bus nối tiếp nhưng dáng vẻ của nó lại là bus song song. Sở dĩ nói như vậy là vì nó có một hub trên bo mạch chủ. Hub này có thể định tuyến việc truyền thông từ giữa các thiết bị. Nó cũng cho phép nhiều cặp thiết bị có thể truyền thông với nhau cùng một lúc, như vậy có thể coi chúng như cấu trúc song song. Chi tiết kỹ thuật PCIe cho phép truyền thông lên đến 8GB/s trong khi đó PCI chỉ cho phép đến 133MB/s. 

Truy cập bộ nhớ trực tiếp 

Như đã đề cập đến từ trước, các Bus máy tính hiện đại khá phức tạp. Sự phức tạp trong việc cải thiện hiệu suất là truy cập bộ nhớ trực tiếp hay viết tắt là DMA. 

DMA cho phép các hệ thống phần cứng nhỏ (như các card đồ họa, card âm thanh) có thể truy cập trực tiếp vào bộ nhớ để đọc và ghi các hoạt động một cách độc lập với CPU. Rõ ràng, lúc này CPU vẫn được yêu cầu để khởi tạo phiên liên lạc, nhưng DMA loại trừ những cần thiết mà CPU phải quan tâm trong các phiên liên lạc với bộ nhớ của thiết bị, như vậy CPU có thể được sử dụng cho các nhiệm vụ khác. 

Một trong những chi tiết kỹ thuật mới hơn là AMD-backed HyperTransport, chi tiết kỹ thuật này được phát triển bởi HyperTransport consortium. HyperTransport hỗ trợ cho tốc độ truyền thông cao hơn và các tính năng nâng cao như DDR (Double Data Rate). DDR cho phép các thiết bị có thể gửi dữ liệu trên cả hai sườn lên và xuống của chu kỳ xung nhịp (xung clock). Chính vì vậy mà nó có thể tăng gấp đôi được thông lượng. 

Một tính năng thú vị khác của HyperTransport là nó có thể hỗ trợ cho cả hai loại ghi lệnh. Một lệnh đã sử dụng cho DMA được được biết đến như lệnh ghi bổ sung dữ liệu. Không giống như lệnh ghi không bổ sung dữ liệu, lệnh ghi bổ sung dữ liệu không yêu cầu tín hiệu xác nhận từ thiết bị mục tiêu. HyperTransport có thể được coi như một mạng. Trong thực tế nó cũng có thể được sử dụng để kết nối nhiều máy tính với nhau.
Văn Linh (Theo Windows Networking)
Comments