Cấu hình Dual-Channel của bộ nhớ DDR
Tốc độ bộ nhớ là một nhân tốc tác động tới hiệu suất của tốc độ tính toán trong máy tính .
Dạng chung nhất của bộ nhớ được dùng trong máy tính hiện nay là SDRAM ( Synchronous Dynamic Random Access Memory ) . Bộ nhớ máy tính là vùng lưu trữ tạm thời để dữ liệu cần cho những chương trình sẵn sàng đang chạy . Bộ nhớ cung cấp dữ liệu nhanh hơn thì có nghĩa là bộ vi xử lí có thể xử lí được nhiều việc hơn . Hiệu suất của hệ thống tăng lên nếu như tăng số lượng dữ liệu được truyền qua .
Từ năm 1997 có vài sự thay đổi liên quan tới tốc độ của bộ nhớ SDRAM . SDRAM bắt đầu với tốc độ bộ nhớ 66MHz (PC66) và tiếp theo là 100MHz (PC100 ) và sau đó 133MHz (PC133) . Trong năm 2002 , SDRAM chuẩn bắt đầu bị thay thế bằng công nghệ bộ nhớ SDRAM DDR ( Double Data Rate ) nhanh hơn . Bộ nhớ DDR bắt đầu với 200MHz DDR ( DDR200) , tiếp theo DDR266 , DDR333 và DDR400 .
Trước kia tốc độ của bộ nhớ có khả năng theo kịp những yêu cầu của bộ vi xử lí . Tuy nhiên , khi chúng ta đạt tới một điểm nào đó thì khả năng của bộ vi xử lí xử lí dữ liệu nhanh hơn công nghệ bộ nhớ hiện thời có thể hỗ trợ , bộ nhớ trở thành hạn chế chính trong hiệu suất của toàn bộ hệ thống . Tốc độ của bộ nhớ còn lâu mới theo kịp tốc độ của bộ vi xử lí và số lượng dữ liệu được truyền qua ( Throughput ) . Phương pháp mới để lấy được nhiều dữ liệu cho bô vi xử lí trong những máy tính khi cần – không dựa vào tốc độ của bộ nhớ .
Intel và nhiều nhà thiết kế hệ thống quyết định đưa ra giải pháp thêm kênh thứ hai của bộ nhớ , và nó được gọi là Dual-Channel .
Dual-Channel
Bộ vi xử lí trong máy tính tương tự như động cơ của ô tô . Ô tô cần xăng làm năng lượng cho đọng cơ của mình . Tương tự , bộ xử lí máy tính cần lưu trữ bộ nhớ để xử lí dữ liệu . Dữ liệu ( ở dạng Bit 0 hoặc 1 ) đầu tiên phải được lưu trữ trong bộ nhớ , trước khi chúng được chuyển tới cung cấp cho bộ vi xử lí . Khi nhiều dữ liệu được chuyển giao tới bộ xử lí qua bộ nhớ với những tốc độ nhanh hơn , bô xử lí có thể thực hiện khéo léo những lệnh và dữ liệu với hiệu suất cao , cuối cùng , nhiệm vụ yêu cầu được thực hiện trong một thời gian ít nhất .
Để trình bày một cách đơn giản sự khác nhau giữa cấu hình bộ nhớ Single-Channel và Dual-Channel , hãy xem những hình ảnh dưới đây .
Dữ liệu được đổ đầy bên trong Phễu ( bộ nhớ ) , Phễu sau đó chuyển tới “Channel” dữ liệu qua đường ống tới đầu vào của bộ vi xử lí .
Hình 1 : Single-channel như Phễu cung cấp dữ liệu tới động cơ xử lí qua một đường ống . Dữ liệu được truyền 64-bit một lần .
Bộ nhớ Dual-Channel dùng 02 Phễu ( 02 đường ống ) để cung cấp dữ liệu tới bộ vi xử lí , như vậy thì khả năng cấp phát dữ liệu có khả năng cao gấp đôi so với dữ liệu chỉ dùng băng một Phễu . Bằng hai Phễu hoặc Channel , dữ liệu được truyền 128-bit tại một thời điểm .
Hình 2 :
Quá trình làm việc cùng với cách khi dữ liệu bị “trống rỗng “ từ bộ vi xử lí bằng cách đảo chiều luồng dữ liệu . Để ngăn chặn Phễu quá đầy dữ liệu hoặc đảo chiều luồng dữ liệu qua Phễu , có bộ phận điều khiển “đường giao thông “ như là cái van trên đường ống của Phễu . Trong máy tính , có Chip đặc biệt gọi là “Memory Controller” – Bộ phận điều khiển bộ nhớ , nó có nhiệm vụ điều khiển tất cả việc truyền dữ liệu bao gồm cả những thanh nhớ và bộ vi xử lí .
Memory Controller quản lí tất cả mọi di chuyển của dữ liệu giữa bộ xử lí và những thanh nhớ . Dữ liệu được gửi tới Memory Controller ( mà là một phần của Chipset trên Motherboard của máy tính ) . Memory Controller như là tín hiệu giao thông điều chỉnh việc truyền dữ liệu tới những thanh nhớ tới để lưu trữ , hoặc tới bộ vi xử lí để xử lí dữ liệu . Cấu trúc này được mô tả theo hình bên dưới .
Hình 3
Dữ liệu được chuyển qua đường ống của Phễu theo một hướng tại một điểm thời gian ( tương tự như cầu chỉ có một làn đường mà có thể dùng cả hai chiều , vì thế chỉ có một xe ô tô có thể qua cầu trong một điểm thời gian ) . Bộ phận điều khiển bộ nhớ hoạt động như đèn tín hiệu mà điều khiển hướng di chuyển của dữ liệu qua kênh bộ nhớ .
Ví dụ : Dữ liệu đến tới Memory Controller đầu tiên được lưu trữ trong những nhanh nhơ (2) , sau đó được đọc lại (3) và cuối cùng truyền tới bộ xử lí (4) . Trên những Motherboard thông thường , những linh kiện dễ dàng được nhận ra
Hình 4
Bộ nhớ Dual-Channel , theo hình bên dưới , thì tổng số dữ liệu lớn nhất có thể được truyền giữa bộ vi xử lí và bộ nhớ tăng lên gấp đôi .
Hình 5
Với bộ nhớ Dual-Channel , Bộ phận điều khiển bộ nhớ có khả năng chuyển tổng số dữ liệu lớn nhất gấp đôi với việc chuyển dữ liệu thông thường với bộ nhớ Single-Channel . Đó là bởi vì nó được gửi hoặc nhận từ những cặp thanh nhớ tại cùng một thời gian ( những cặp P1 và P2 trong hình trên ) .
Mô tả hiệu suất của bộ nhớ thông qua tên gọi Băng thông dữ liệu tối đa – Peak Data Bandwidth – hoặc là Băng thông tối đa – Peak Bandwidth
Băng thông tối đa
Một cách mô tả số dữ liệu lớn nhất của bộ nhớ được truyền qua được tính bằng Băng thông tối đa – Peak Bandwidth .
Bảng bên dưới cho thấy Băng thông tối đa của công nghệ bộ nhớ DDR hiện nay . Trong kiểu Single-Channel , Bộ phận điều khiển bộ nhớ chuyển 64-bit dữ liệu trong một thời điểm . Với kiểu Dual-Channel , nó có thể chuyển gấp đôi tổng số dữ liệu hoặc 128-bit .
Hình 6
Băng thông tối đa được tính như sau :
Tốc độ của bộ nhớ x Số của Byte truyền trên một kênh x Số của kênh
Ví dụ PC3200 hoặc còn gọi là DDR400 sử dụng cấu hình Dual-Channel có Băng thông tối đa
400 x 8 Byte x 2 kênh = 6.4GB/s
FSB ( Front-Side Bus ) của bộ vi xử lí
Liên kết của Bộ vi xử lí tới Bộ phận điều khiển bộ nhớ được gọi là FSB ( Front-Side Bus ) . FSB là “đường cao tốc “ là giao diện với bộ xử lí .
FSB cho biết bộ vi xử lí nhanh như thế nào có thể lấy được dữ liệu từ Bộ phận điều khiển bộ nhớ . Những tốc độ của những bộ vi xử lí mới nhất rất nhanh do đó có thời gian làm cho bộ vi xử lí phải chờ để nhiều dữ liệu từ bộ nhớ . Để tăng năng lực làm việc , Bộ phận điều khiển bộ nhớ cần gửi dữ liệu nhanh như tốc độ bộ vi xử lí có thể nhận được ( và lưu trữ nó quay trở lại những thanh nhớ nhanh như việc bộ vi xử lí gửi dữ liệu ra ) . Năng lực tối đa chỉ đạt được khi dữ liệu được truyền qua từ FSB của bộ vi xử lí bằng với tốc độ truyền của những thanh nhớ .
Những bộ vi xử lí Pentium 4 của Intel có cấu trúc FSB hoạt động ở tốc độ 533MHz và 800MHz . Tốc độ truyền dữ liệu tương ứng với FSB 533 là 4.2GB/s ( 533 x 8 ) và FSB 800 và 6.4GB/s ( 800 x 8 ) .
Theo bản minh hoạ Băng thông tối đa của bộ vi xử lí và bộ nhớ
Hình 7
Theo bảng trên Pentium 4 với FSB533 và 800 ( P4/533 và P4/800 ) yêu cấu cấu trúc bộ nhớ Dual-Channel để đạt được hiệu suất cao nhất và có khả năng cung cấp nhiều dữ liệu cho những ứng dụng trong tương lai .
Ví dụ với cấu hình Single-Channel , bộ nhớ PC3200 cung cấp một nửa băng thông khả năng của P4/800 . Như vậy trong nhiều ứng dụng yêu cầu cao , với cấu hình Single-Channel , bộ vi xử lí sẽ bị “đói “ dữ liệu .
