1 KiÕn tróc m¸y tÝnh Ch¬ng 3- Hệ thống nhớ máy tính thuhienktv@gmail.com 2 Néi dung về hệ thống nhớ  Tæng quan vÒ hÖ thèng nhí  Bé nhí b¸n dÉn  Bé nhí chÝnh  Bé nhí cache  Bé nhí ngoµi. 3 1. Tổng quan về hệ thống nhớ Bộ nhớ (memmory) là không gian làm việc của bộ vi xử lý. Đó là nơi cất giữ tạm thời các chương trình và dữ liệu đang được thao tác với bộ vi xử lý. Việc lưu trữ bộ nhớ được xem tạm thời vì dữ liệu chỉ tồn tại trong thời gian máy đang hoạt động và không bị khởi động lại. Trước khi khởi động lại hay tắt máy, dữ liệu đã thay đổi cần được ghi vào các thiết bị lưu trữ lâu dài – storage – (thường là ổ đĩa cứng) để sau này có thể nạp lại vào bộ nhớ. 4 Tổng quan về hệ thống nhớ Một điểm quan trọng mà chúng ta cần ghi nhớ đó là: một file khi được nạp vào trong bộ nhớ, nó chỉ là bản sao của file đó, còn thực chất file đó vẫn tồn tại trong ổ đĩa. Vì tính chất tạm thời của bộ nhớ cho nên file đã bị thay đổi cần được ghi lại vào đĩa cứng trước khi tắt máy, vì khi tắt máy dữ liệu trong bộ nhớ sẽ bị xoá. 5 Tổng quan về hệ thống nhớ Bộ nhớ lưu trữ các chương trình đang chạy và dữ liệu của chúng sử dụng. Các chip nhớ có lúc được gọi là “lưu trữ không ổn định” (volatile storage) bởi vì khi tắt máy hoặc có sự cố về nguồn điện, lưu trữ trong RAM sẽ bị mất. Vì bản chất bất ổn định như vậy cho nên nhiều người dùng có thói quen ghi lại thường xuyên (một số chương trình ứng dụng có thể ghi một cách tự động theo thời gian đã định). 6 2. Các đặc trng của hệ thống nhớ Vị trí (location) Bên trong Bộ xử lý: Tập các thanh ghi, cache Bộ nhớ trong: Bộ nhớ chính Bộ nhớ cache Bộ nhớ ngoài: Các thiết bị nhớ, Đĩa từ, băng từ Đĩa quang Dung lợng (capacity) Độ dài từ nhớ (đơn vị là bit)- Kích thớc trên 1 đơn vị lu trữ. Số lợng từ nhớ- Dung lợng bộ nhớ 7 Các đặc trng của hệ thống nhớ Đơn vị truyền (unit of transfer) Truyền theo từ nhớ- Truyền tuần tự từng Word Truyền theo khối nhớ- Truyền 1 khối gồm n Word Hiệu năng Thời gian truy cập. Chu kỳ truy xuất bộ nhớ. Tốc độ truyền. 8 Các đặc trng của hệ thống nhớ Phơng pháp truy nhập (access method) Truy nhập tuần tự (băng từ)- Để đến đợc điểm n đầu từ phải duyệt qua n-1 vị trí trớc. Truy nhập trực tiếp (đĩa từ, đĩa quang)- Đầu từ di chuyển trực tiếp đến vị trí cần đọc. Truy nhập ngẫu nhiên (bộ nhớ trong)- ô nhớ cần đọc sẽ đợc giải mã để lấy thông tin ngay lập tức. Truy nhập liên kết (bộ nhớ cache)- Truy cập thông qua bản sao của ô nhớ cần đọc. 9 Các đặc trng của hệ thống nhớ Kiểu vật lý của bộ nhớ (physical type) Bộ nhớ bán dẫn- Lu trữ bằng điện Bộ nhớ từ- Lu trữ dùng từ tính. Bộ nhớ quang: Lu trữ sử dụng công nghệ Laze Các đặc trng vật lý (physical characteristics) Bộ nhớ khả biến / không khả biến Bộ nhớ xóa đợc / không xóa đợc 10 3. M« h×nh ph©n cÊp hÖ thèng nhí Việc trao đổi dữ liệu giữa BVXL và BNC là một thao tác quan trọng, chiếm đa số trong các lệnh xử lý dữ liệu nên nó quyết định hiệu suất của hệ thống VXL nói chung và máy tính nói riêng. Bộ nhớ chính và bộ nhớ ngoài thường có tốc độ trao đổi dữ liệu chậm (chênh lệch) hơn so với tốc độ làm việc của CPU (kể cả việc vận chuyển dữ liệu trong BVXL). Để nâng cao tốc độ xử lý dữ liệu chung của toàn hệ thống, người ta tìm cách nâng cao tốc độ trao đổi dữ liệu (kể cả lệnh) giữa BVXL và bộ nhớ. Dựa trên nguyên lý cục bộ về không gian và thời gian mà người ta xây dựng hệ thống nhớ 5 cấp như sau: [...]... bit 30 Ví dụ: chip 16Mb DRAM (4M x 4 bit) 31 Các chip nhớ (nhìn bên ngoài) 32 Thiết kế modul nhớ bán dẫn Dung lợng chip nhớ là 2n x m bit Cần thiết kế để tăng dung lợng: Tăng độ dài ngăn nhớ (tăng m) Tăng số lợng ngăn nhớ (tăng n) Kết hợp cả hai loại (tăng m và n) 33 Tăng độ dài ngăn nhớ Ví dụ 1: Cho chip nhớ SRAM: 8K x 4 bit Hãy thiết kế modul nhớ 8K x 8 bit Giải: Dung lợng chip nhớ: 2 13 x... Chip nhớ có: 13 đờng địa chỉ (A0 A12), 4 đờng dữ liệu (D0 D3) Modul nhớ cần có: 13 đờng địa chỉ (A0 A12), 8 đờng dữ liệu (D0 D7) 34 Hình vẽ (ví dụ 1) A0 A12 A0 A12 A0 A12 8K x 4 bit 8K x 4 bit D0 D3 CS WE D0 D3 D4D7 D0D3 CS OE WE OE CS WE OE 35 Tăng độ dài ngăn nhớ Bài toán tăng độ dài tổng quát: Cho chip nhớ 2n x m bit Cần thiết kế modul nhớ 2n x (k.m) bit Cần ghép nối k chip nhớ (k>=1) 36 ... pipeline) l Icache: dnh cho lnh v Dcache: dnh cho d liu 13 3 Mô hình phân cấp hệ thống nhớ Cp 2: Secondary cache (cache th cp): Cng ging nh Primary cache, nhng loi ny nm ngoi b vi x lý Nú ch cú khi cú Primary cache (ngc li, nú chớnh l Primary cache) Dung lng ca Secondary cache thng ln hn Primary cache v nh hn b nh 14 3 Mô hình phân cấp hệ thống nhớ Cp 3: Main Memory (B nh chớnh): Cha chng trỡnh v d liu... 3 Mô hình phân cấp hệ thống nhớ Cp 4: Secondary memory (B nh th cp b nh ngoi): B nh ny cú dung lng rt ln nhng tc trao i d liu chm B nh ny lu tr chng trỡnh v d liu mt cỏch lõu di, cho nhiu ngi s dng (ghi/c, mt ngun in vn cũn thụng tin) i din cho cỏc b nh loi ny ú chớnh l cỏc a cng, mm CD ROM, CD WOM, CD WR, bng t, 16 3 Mô hình phân cấp hệ thống nhớ Bộ xử lý Tập thanh ghi Cache L1 Cache L2 Bộ nhớ. .. hơn DRAM Dùng làm bộ nhớ cache 25 Ví dụ về DRAM 26 Tổ chức ô nhớ Điều khiển Chọn Ô nhớ a) Ghi Dữ liệu vào Điều khiển Chọn Ô nhớ Dữ liệu ra b) Đọc Ô nhớ là phần tử nhớ đợc 1 bit thông tin Các tín hiệu: Tín hiệu chọn đợc gửi đến để chọn ô nhớ Tín hiệu điều khiển chỉ thị việc ghi hay đọc Tín hiệu thứ ba là đờng dữ liệu 27 Tổ chức của chip nhớ (SRAM) A0 D0 A1 D1 An - 1 Chip nhớ CS Dm - 1 RD... -6 -5 faster user/operator Mbytes Disk Larger Tape Lower Level 11 3 Mô hình phân cấp hệ thống nhớ Cp 0: Tp cỏc thanh ghi nm trong b vi x lý Thanh ghi l b nh kiu SRAM nờn tỏc ng nhanh v thụng tin n nh õy l thnh phn nh cú tc trao i d liu nhanh nht trong h thng vỡ nú gn ALU v CU Tuy nhiờn nú cú dung lng nh 12 3 Mô hình phân cấp hệ thống nhớ Cp 1: Primary cache (cache s cp): L b nh cú tc trao i d liu... chế ghi Bộ nhớ chỉ đọc Bộ nhớ hầu nh chỉ đọc Flash memory Random Access Memory (RAM) Bộ nhớ đọc - ghi Không xóa đợc Mặt nạ Bằng tia cực tím, cả chip Bằng điện, mức từng byte Bằng điện, từng khối Bằng điện, từng byte Tính thay đổi Không khả biến Bằng điện Khả biến 19 ROM (Read Only Memory) Là loại bộ nhớ không khả biến Lu trữ các thông tin: Th viện các chơng trình con Các chơng trình hệ thống (BIOS)... thanh ghi Cache L1 Cache L2 Bộ nhớ chính Bộ nhớ ngoài Từ trái sang phải: Dung lợng tăng dần Tốc độ trao đổi dữ liệu giảm dần Giá thành /1 bit giảm dần Tần suất BXL truy nhập giảm dần Mức trái chứa một phần dữ liệu của mức phải 17 4 Bộ nhớ bán dẫn Phân loại Tổ chức chip nhớ bán dẫn Thiết kế các modul nhớ bán dẫn Bài tập 18 Bộ nhớ bán dẫn Kiểu bộ nhớ Read Only Memory (ROM) Programmable ROM (PROM).. .3 Mô hình phân cấp hệ thống nhớ Upper Level Capacity Access Time Cost CPU Registers 100s Bytes 1s ns Staging Xfer Unit Registers Instr Operands Cache K Bytes 4 ns 1-0.1 cents/bit prog./compiler 1-8 bytes Cache Blocks Main Memory M Bytes 100ns- 30 0ns $.0001-.00001 cents /bit cache cntl 8-128 bytes Memory Tape infinite sec-min... hơn đọc Flash memory (bộ nhớ cực nhanh) Ghi theo khối Xóa bằng điện 22 RAM (Random Access Memory) Bộ nhớ đọc / ghi Khả biến Lu trữ thông tin tạm thời Có hai loại RAM: SRAM (Static RAM) DRAM (Dynamic RAM) 23 Các kiểu RAM DRAM Các bit đợc lu trữ trên tụ điện cần phải có mạch làm tơi Cấu trúc đơn giản Dung lợng lớn Tốc độ chậm hơn SRAM Rẻ hơn SRAM Dùng làm bộ nhớ chính 24 Các kiểu RAM . tÝnh Ch¬ng 3- Hệ thống nhớ máy tính thuhienktv@gmail.com 2 Néi dung về hệ thống nhớ  Tæng quan vÒ hÖ thèng nhí  Bé nhí b¸n dÉn  Bé nhí chÝnh  Bé nhí cache  Bé nhí ngoµi. 3 1. Tổng. Vì tính chất tạm thời của bộ nhớ cho nên file đã bị thay đổi cần được ghi lại vào đĩa cứng trước khi tắt máy, vì khi tắt máy dữ liệu trong bộ nhớ sẽ bị xoá. 5 Tổng quan về hệ thống nhớ. biết, trong các hệ thống máy tính hiện đại ngày nay thì BNC thường là DRAM. 16 3. M« h×nh ph©n cÊp hÖ thèng nhí Cấp 4: Secondary memory (Bộ nhớ thứ cấp – bộ nhớ ngoài): Bộ nhớ này có dung