Tầm quan trọng của bộ nhớ chính – main memory của máy tính

Bộ nhớ chính - primary memory là một phân đoạn của bộ nhớ máy tính mà bộ xử lý có thể truy cập trực tiếp. Trong hệ thống phân cấp bộ nhớ, bộ nhớ chính có thời gian truy cập ít hơn bộ nhớ phụ và lớn hơn bộ nhớ đệm. Nói chung, primary memory có dung lượng lưu trữ nhỏ hơn bộ nhớ phụ và lớn hơn bộ nhớ đệm.

• Nguyên tắc cơ bản của bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ tính (MRAM)
• Cài đặt RAM trong PC: hướng dẫn từng bước
• RAM và VRAM khác nhau như thế nào?
• Tại sao khởi động lại điện thoại khắc phục (hầu hết) sự cố?
• Cách kiểm tra dung lượng RAM tối đa của máy tính

Máy tính hiện đại là sự kết hợp của nhiều thành phần phức tạp, mỗi thành phần đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và khả năng xử lý của hệ thống. Một trong những thành phần quan trọng không thể thiếu trong mọi hệ thống máy tính là bộ nhớ chính (main memory). Bộ nhớ chính hay còn gọi là RAM (Random Access Memory), là nơi lưu trữ dữ liệu và chương trình mà CPU (Central Processing Unit) đang thực thi. Tầm quan trọng của bộ nhớ chính không chỉ nằm ở khả năng lưu trữ tạm thời mà còn ảnh hưởng sâu sắc đến hiệu suất của toàn bộ hệ thống. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá sâu hơn về bộ nhớ chính và lý do vì sao nó lại đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của máy tính.

1. Bộ Nhớ Chính Là Gì?

Bộ nhớ chính (Main Memory) là một thành phần quan trọng trong hệ thống máy tính, có nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu tạm thời và chương trình mà CPU đang cần để thực hiện các thao tác tính toán. Bộ nhớ chính không giống như bộ nhớ ngoài (như ổ cứng hay SSD), vì nó có tốc độ truy cập nhanh hơn nhiều, cho phép CPU truy xuất và xử lý dữ liệu hiệu quả hơn.

Bộ nhớ chính bao gồm hai loại bộ nhớ chính là RAM (Random Access Memory) và ROM (Read-Only Memory). Trong đó, RAM là loại bộ nhớ mà máy tính sử dụng chủ yếu để lưu trữ dữ liệu và chương trình khi đang chạy, còn ROM chứa dữ liệu được ghi cố định và chỉ đọc được, thường dùng để lưu trữ các thông tin khởi động hệ thống như BIOS.

>>> Xem thêm: Tác động của công nghệ bộ nhớ 3D đến lưu trữ dữ liệu

2. Sự cần thiết của main memory

Bộ nhớ chính đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc xử lý dữ liệu của máy tính. Khi CPU thực hiện một chương trình hoặc tác vụ, các dữ liệu cần thiết sẽ được tải vào bộ nhớ chính từ ổ cứng hoặc các thiết bị lưu trữ khác. Một khi dữ liệu đã được đưa vào RAM, CPU có thể truy cập và xử lý dữ liệu này một cách nhanh chóng mà không cần phải quay lại ổ cứng. Điều này giúp tăng tốc độ xử lý và cải thiện hiệu suất tổng thể của máy tính.

2.1 Tốc Độ Truy Cập Dữ Liệu Nhanh

Một trong những yếu tố quan trọng nhất của bộ nhớ chính là tốc độ truy cập. So với các loại bộ nhớ khác như ổ cứng hay SSD, bộ nhớ chính (RAM) có tốc độ truy cập nhanh hơn rất nhiều. Điều này có nghĩa là khi CPU cần truy xuất một tập hợp dữ liệu hoặc chương trình để thực hiện, nếu dữ liệu này có sẵn trong RAM, quá trình này sẽ được thực hiện nhanh chóng và hiệu quả.

2.2 Giảm Thiểu Thời Gian Chờ CPU

CPU là bộ phận xử lý trung tâm của máy tính và có thể hoạt động với tốc độ rất nhanh. Tuy nhiên, nếu dữ liệu mà CPU cần xử lý không có sẵn trong bộ nhớ chính, nó sẽ phải đợi dữ liệu được tải từ các bộ nhớ chậm hơn, như ổ cứng. Sự chậm trễ này sẽ làm giảm hiệu suất của toàn bộ hệ thống. Với bộ nhớ chính, CPU có thể truy cập và sử dụng dữ liệu nhanh chóng, giúp giảm thiểu tình trạng “thời gian chờ” không cần thiết.

2.3 Hỗ Trợ Đa Nhiệm

Một trong những khả năng mạnh mẽ của máy tính hiện đại là khả năng xử lý nhiều tác vụ cùng một lúc (đa nhiệm). Bộ nhớ chính cho phép lưu trữ nhiều chương trình và dữ liệu cùng một lúc, giúp người dùng có thể chuyển đổi giữa các ứng dụng mà không gặp phải sự chậm trễ. Nhờ có bộ nhớ chính với dung lượng lớn và tốc độ truy cập nhanh, máy tính có thể chạy nhiều ứng dụng đồng thời mà không bị giảm hiệu suất quá nhiều.

>>> Xem thêm: Tiềm năng của bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ tính MRAM

3. Phân loại main memory

Main memory có thể được phân loại thành hai phần:

Bộ nhớ chỉ đọc (ROM)

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM)

Bộ nhớ chỉ đọc

Bất kỳ dữ liệu nào không cần thay đổi đều được lưu trữ trong ROM. ROM bao gồm những chương trình chạy khi khởi động hệ thống (được gọi là chương trình bootstrap khởi tạo HĐH) cùng với dữ liệu như thuật toán mà HĐH yêu cầu. Mọi thứ được lưu trữ trong ROM không thể thay đổi hoặc thay đổi.

Các loại ROM:

ROM có thể được phân loại thành 4 loại dựa trên hành vi của chúng:

• MROM: ROM có mặt nạ là ROM được cài đặt sẵn và được lập trình sẵn. Bất kỳ nội dung nào đã được viết ra đều không thể thay đổi được.
• PROM: ROM có thể lập trình có thể được sửa đổi một lần bởi người dùng. Người dùng mua một PROM trống và viết nội dung mong muốn nhưng nội dung một khi đã viết thì không thể thay đổi được.
• EPROM: Nội dung ROM có thể xóa và có thể lập trình có thể được thay đổi bằng cách xóa nội dung ban đầu có thể được thực hiện bằng cách cho EPROM tiếp xúc với bức xạ UV. Việc tiếp xúc với ánh sáng cực tím này sẽ làm tiêu hao điện tích trên ROM và nội dung có thể được viết lại trên đó.
• EEPROM: Nội dung ROM có thể lập trình và có thể xóa bằng điện. Tuy nhiên, có thể xóa từng byte một thay vì xóa tất cả trong một lần. Do đó, lập trình lại EEPROM là một quá trình chậm.

Bộ nhớ truy cập tạm thời

Bất kỳ quy trình nào trong hệ thống cần được thực thi đều được tải vào RAM và được CPU xử lý theo Hướng dẫn trong chương trình. Giống như khi chúng ta nhấn vào các ứng dụng như trình duyệt, đầu tiên mã trình duyệt sẽ được Hệ điều hành tải vào RAM sau đó CPU sẽ thực thi và mở trình duyệt lên.

Các loại RAM:

RAM có thể được phân loại thành SRAM (RAM tĩnh) và DRAM (RAM động) dựa trên hành vi của chúng:

• DRAM: RAM động hoặc DRAM cần làm mới định kỳ sau vài mili giây để giữ lại dữ liệu. DRAM được tạo thành từ các tụ điện và bóng bán dẫn và sự rò rỉ điện tích từ các tụ điện và DRAM cần được sạc định kỳ. DRAM được sử dụng rộng rãi trong PC gia đình và máy chủ vì nó rẻ hơn SRAM.
• SRAM: RAM tĩnh hoặc SRAM sẽ lưu giữ dữ liệu miễn là nguồn điện được cung cấp cho hệ thống. SRAM sử dụng các mạch tuần tự giống như một flip-flop để lưu trữ và do đó không cần phải làm mới định kỳ. SRAM đắt tiền và do đó chỉ được sử dụng khi tốc độ là ưu tiên hàng đầu.

>>> Xem thêm: Cách khắc phục bộ nhớ ảo quá thấp

4. Bộ Nhớ Chính Ảnh Hưởng Đến Hiệu Suất Tổng Thể Của Hệ Thống

Hiệu suất của một máy tính không chỉ được quyết định bởi tốc độ của CPU mà còn phụ thuộc vào khả năng của bộ nhớ chính. Khi bộ nhớ chính có dung lượng lớn và tốc độ truy cập nhanh, máy tính có thể thực hiện các tác vụ phức tạp một cách mượt mà. Ngược lại, nếu bộ nhớ chính bị hạn chế, máy tính sẽ gặp phải tình trạng “thiếu bộ nhớ”, dẫn đến giảm hiệu suất và thậm chí là treo hệ thống.

4.1 Dung Lượng Bộ Nhớ Chính

Dung lượng của bộ nhớ chính là yếu tố quan trọng quyết định khả năng lưu trữ dữ liệu tạm thời và chương trình trong quá trình hoạt động. Nếu bộ nhớ chính quá nhỏ, máy tính sẽ gặp phải tình trạng “swap”, tức là phải chuyển đổi giữa bộ nhớ chính và bộ nhớ phụ (như ổ cứng hoặc SSD) để lưu trữ và lấy dữ liệu. Quá trình này làm giảm tốc độ xử lý và gây nên sự chậm trễ đáng kể.

Trong các ứng dụng hiện đại như xử lý đồ họa, lập trình, và phân tích dữ liệu lớn, dung lượng bộ nhớ chính lớn là cần thiết để đảm bảo máy tính có thể xử lý khối lượng dữ liệu lớn mà không gặp phải sự chậm trễ. Những máy tính có dung lượng RAM cao, thường từ 16GB, 32GB hoặc thậm chí hơn, sẽ có khả năng xử lý mượt mà các tác vụ yêu cầu bộ nhớ lớn.

4.2 Tốc Độ Bộ Nhớ Chính

Bên cạnh dung lượng, tốc độ của bộ nhớ chính cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của máy tính. Các loại RAM nhanh hơn, như DDR4 hay DDR5, cung cấp băng thông cao và thời gian truy cập ngắn hơn, giúp CPU có thể lấy dữ liệu từ bộ nhớ nhanh hơn. Khi sử dụng bộ nhớ chính với tốc độ cao, các tác vụ đòi hỏi tính toán phức tạp sẽ được thực hiện nhanh chóng và hiệu quả hơn.

5. Main memory có thể tự xoá?

Nội dung của main memory có thể biến mất hoặc không biến mất khi mất điện tùy thuộc vào việc nó được lưu trữ trong RAM hay ROM.

Nội dung của ROM về bản chất là cố định, chúng được lưu trữ ngay cả khi mất điện.

Nội dung của RAM có tính chất không ổn định, nó sẽ mất đi khi mất điện.

6. Khi bộ nhớ cache ra đời?

Dữ liệu trong main memory có thể được truy cập nhanh hơn bộ nhớ phụ nhưng thời gian truy cập của bộ nhớ chính thường là vài micro giây, trong khi CPU có khả năng thực hiện các thao tác tính bằng nano giây. Do thời gian trễ giữa truy cập dữ liệu và hoạt động của hiệu suất dữ liệu của hệ thống giảm do CPU không được sử dụng đúng cách, nó có thể không hoạt động trong một thời gian. Để giảm thiểu khoảng cách thời gian này, một đoạn bộ nhớ mới được ra mắt là bộ nhớ đệm (cache).

Quỳnh Anh (dịch và tổng hợp từ ecomputernotes.com; geeksforgeeks.org)

Tin liên quan:

• Sai lầm khiến bạn dễ nản khi học lập trình và cách vượt qua
• FUNiX mở rộng hợp tác tại Nhật, thêm cơ hội việc làm cho học viên
• Xây dựng văn hóa học tập: Biến suy thoái thành cơ hội
• Chuyện nữ sinh học trực tuyến để tốt nghiệp đại học sớm
• 5 cách tìm việc IT khôn ngoan cho người ít kinh nghiệm
• Nhân sự nghỉ việc từ công ty lớn khó khăn thích nghi với startup
• Những lưu ý quan trọng dành cho bạn khi chuyển ngành học
• Tại sao CNTT là lĩnh vực nghề nghiệp hấp dẫn hiện nay
• Các yếu tố quan trọng quyết định thành công trong sự nghiệp IT