KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Chương BỘ NHỚ MÁY TÍNH Nội dung chương 5.1 Tổng quan hệ thống nhớ 5.2 Bộ nhớ bán dẫn 5.3 Bộ nhớ 5.4 Bộ nhớ cache 5.5 Bộ nhớ 5.6 Bộ nhớ ảo 5.7 Hệ thống nhớ máy tính cá nhân 2/75 5.1 Tổng quan hệ thống nhớ Các đặc trưng hệ thống nhớ Phân cấp hệ thống nhớ máy tính 3/75 5.1 Tổng quan hệ thống nhớ Các đặc trưng hệ thống nhớ ▪ Vị trí: Bên CPU: tập ghi Bộ nhớ trong: nhớchính cache Bộ nhớ ngoài: thiết bị nhớ ▪ Dung lượng: Độ dài từ nhớ(tính bit) Số lượng từ nhớ ▪ Đơn vị truyền: Theo từ nhớ Theo khối (block) nhớ ▪ Phương pháp truy cập: Truy cập (băng từ) Truy cập trực tiếp (các loại đĩa) Truy cập ngẫu nhiên (bộ nhớbán dẫn) Truy cập liên kết (cache) 4/75 5.1 Tổng quan hệ thống nhớ Các đặc trưng hệ thống nhớ ▪ Hiệu năng: Thời gian truy cập Chu kỳ nhớ Tốc độ truyền ▪ Kiểu vật lý: Bộ nhớ bán dẫn Bộ nhớ từ Bộ nhớ quang ▪ Các đặc tính vật lý: Khả biến (mất điện thông tin) / Không khả biến Xóa / Không xóa ▪ Tổ chức 5/75 5.1 Tổng quan hệ thống nhớ Phân cấp hệ thống nhớ MT 6/75 5.1 Tổng quan hệ thống nhớ Hệ thống nhớ máy tính ▪ Tập ghi (Registers): Là thành phần nhớ nằm CPU, coi mức nhớ Chứa thông tin phục vụ cho hoạt động thời điểm CPU ▪ Bộ nhớ đệm nhanh (Cache): Bộ nhớ có tốc độ nhanh đặt CPU nhớ nhằm tăng tốc độ truy cập nhớ CPU Thường chia thành vài mức (L1, L2) ▪ Bộ nhớ (Main Memory): Chứa chương trình liệu sử dụng ▪ Bộ nhớ (External Memory): Chứa tài nguyên phần mềm máy tính 7/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Phân loại Mô hình chip nhớ Thiết kế module nhớ bán dẫn 8/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Phân loại ▪ Gồm loại chính: ROM RAM ▪ ROM (Read Only Memory): nhớ đọc ▪ Đặc điểm: Bộ nhớ chủ yếu dùng để đọc thông tin Bộ nhớ không khả biến Chứa chương trình liệu cố định với hệ thống 9/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn ROM ▪ Các loại nhớ ROM: Maskable ROM (ROM mặt nạ): thông tin ghi chế tạo PROM (Programmable ROM): ▪ Khi chế tạo chưa có thông tin ▪ Cho phép ghi thông tin lần thiết bị chuyên dụng EPROM (Erasable PROM): ▪ Cho phép xóa tia cực tím ▪ Ghi lại thiết bị nạp EPROM EEPROM (Electrically Erasable PROM): ▪ Có thể xóa tín hiệu điện ghi lại thông tin mạch làm việc (không cần thiết bị ghi riêng) ▪ Có thể xóa ghi lại mức Byte ▪ Dung lượng nhỏ Flash Memory: giống EEPROM nhưng: ▪ Đọc/ghi theo block ▪ Tốc độ nhanh, dung lượng lớn 10/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN Các loại module nhớ RDRAM 61/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN Các loại module nhớ RAM ▪ Các module RAM hệ cũ: DIP (Dual Inline Package) SIPP (Single Inline Pin Package) ▪ Máy tính Desktop: SIMM (Single Inline Memory Module) DIMM (Dual Inline Memory Module) RIMM (Rambus Inline Memory Module) ▪ Máy tính Laptop: SODIMM (Small Outline Dual Inline Memory Module) MicroDIMM (Micro Dual Inline Memory Module) 62/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN DIP SIPP ▪ Thường dạng đóng gói module nhớ FPM DRAM ▪ Dùng máy tính tương đương với hệ 80286 trở trước 63/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN SIMM ▪ Module nhớ đơn hàng chân, gồm loại chính: SIMM 32 chân (8 bit liệu + bit parity) : FPM DRAM SIMM 72 chân (32 bit liệu + bit parity tùy chọn) : EDO DRAM 64/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN DIMM ▪ Module nhớ hai hàng chân, gồm loại chính: DIMM 168 chân: SDRAM DIMM 184 chân: DDR SDRAM DIMM 240 chân: DDR2 SDRAM ▪ Độ rộng đường liệu: 64 bit (non-ECC/parity) 72 bit (parity/ECC) 65/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN DIMM 66/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN RIMM ▪ Module nhớ hàng chân (184 chân), dạng đóng gói loại nhớ RDRAM 67/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN SODIMM ▪ Thường dùng máy laptop, notebook, printer, router, ▪ Gồm loại chính: SODIMM 72 chân, 32 bit liệu, FPM/EDO SODIMM 144 chân, 64 bit liệu, FPM/EDO SODIMM 144 chân, 64 bit liệu, SDRAM SODIMM 200 chân, 64 bit liệu, DDR/DDR2 SDRAM 68/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN SODIMM 69/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN MicroDIMM ▪ Thường dùng máy notebook cỡ nhỏ, PDA, palmtop, ▪ Gồm loại chính: MicroDIMM 144 chân, 64 bit liệu, SDRAM MicroDIMM 172 chân, 64 bit liệu, DDR SDRAM 70/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN MicroDIMM 71/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN ROM BIOS ▪ BIOS: Basic Input Output System Chứa chương trình: ▪ Chương trình POST (Power On Self Test): tự kiểm tra bật nguồn Mọi lỗi thông báo lỗi phần cứng ▪ Chương trình CMOS Setup: Cho phép người sử dụng thiết lập thông số cấu hình thời gian hệ thống Các thông tin sau thiết lập cất vào nhớ CMOS RAM ▪ Chương trình Bootstrap Loader: tìm nạp Boot Record đĩa khởi động vào địa xác định RAM trao quyền điều khiển cho đoạn mã ▪ Các chương trình điều khiển vào-ra bản: tập hợp chương trình phục vụ vào-ra 72/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN CMOS RAM ▪ Là vùng nhớ có dung lượng nhỏ, chế tạo công nghệ CMOS, có nguồn pin nuôi riêng, dùng để chứa thông tin cấu hình thời gian hệ thống 73/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN Video RAM ▪ Vùng nhớ có tốc độ nhanh, dung lượng lớn, dùng để quản lý thông tin hiển thị hình 74/75 5.5 Hệ thống nhớ MTCN Các loại nhớ ▪ Đĩa mềm ▪ Ổ đĩa cứng ▪ Các loại đĩa quang ▪ Flash disk 75/75 [...]... 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Thiết kế tăng số lượng từ nhớ ▪ Đề bài: Cho các chip nhớ SRAM có dung lượng 4K x 8 bit Thiết kế module nhớ có dung lượng 8K x 8 bit ▪ Bài giải: Chip nhớ: 4K x 8 bit = 212 x 8 bit Mô hình của 1 chip nhớ: Cần sử dụng 2 chip nhớ và 1 bộ giải mã 1 → 2 20/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Thiết kế tăng số lượng từ nhớ 21/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Thiết kế tăng số lượng từ nhớ 22/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Bài. .. bit ▪ Các ngăn nhớ được tổ chức theo từng Byte nhớ → Tổ chức bộ nhớ chính khác nhau 28/75 5.3 Bộ nhớ chính M = 8 bit ▪ VD: Intel 8088 ▪ Bộ nhớ chính là 1 băng (bank) nhớ tuyến tính 29/75 5.3 Bộ nhớ chính M = 16 bit ▪ VD: Intel 8086 ÷ 80286 ▪ Bộ nhớ chính gồm 2 băng (bank) nhớ đan xen 30/75 5.3 Bộ nhớ chính Các trường hợp khác ▪ Với M = 32 bit (80386, 80486): bộ nhớ chính gồm 4 băng nhớ đan xen ▪ Với... • Cho chip nhớ SRAM 4K x 8 bit Thiết kế mô-đun nhớ 32K x 8 bit ▪ Bài 5: Thiết kế kết hợp: • • Cho chip nhớ SRAM 4K x 4 bit Thiết kế mô-đun nhớ 8K x 8 bit 24/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Bộ giải mã 2 → 4 ▪ IC 74LS139 ▪ Sơ đồ khối và bảng hoạt động: 25/75 5.3 Bộ nhớ chính 1 Các đặc trưng của bộ nhớ chính 2 Tổ chức bộ nhớ đan xen 26/75 5.3 Bộ nhớ chính Các đặc trưng của bộ nhớ chính ▪ Là thành phần nhớ tồn tại... 12/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Mô hình cơ bản của chip nhớ 13/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Mô hình cơ bản của chip nhớ 14/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Hoạt động của chip nhớ 15/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Hoạt động của chip nhớ 16/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Thiết kế module nhớ bán dẫn ▪ Nguyên tắc chung: Mỗi một chip nhớ có một dung lượng xác định (2n x m bit) Ta có thể nối ghép các chip nhớ với nhau để tạo ra một module nhớ có dung... Có 2 bài toán thiết kế tăng dung lượng: Thiết kế tăng độ dài từ nhớ Thiết kế tăng số lượng từ nhớ 17/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Thiết kế tăng độ dài từ nhớ ▪ Đề bài: Cho các chip nhớ SRAM có dung lượng 4K x 4 bit Thiết kế module nhớ có dung lượng 4K x 8 bit ▪ Bài giải: Chip nhớ: 4K x 4 bit = 212 x 4 bit Mô hình của 1 chip nhớ: Cần sử dụng 2 chip nhớ 18/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Thiết kế tăng độ dài từ nhớ 19/75... hệ thống máy tính ▪ Chứa các chương trình đang được thực hiện và các dữ liệu đang được sử dụng ▪ Bao gồm các ngăn nhớ được đánh địa chỉ trực tiếp bởi CPU ▪ Dung lượng vật lý của bộ nhớ chính ≤ không gian địa chỉ bộ nhớ mà CPU quản lý ▪ Việc quản lý logic bộ nhớ chính tùy thuộc vào hệ điều hành 27/75 5.3 Bộ nhớ chính Các đặc trưng của bộ nhớ chính ▪ Độ rộng của bus dữ liệu để trao đổi với bộ nhớ chính... bán dẫn Bài tập ▪ Bài 1: Cho các chip nhớ SRAM có dung lượng 4K x 8 bit Thiết kế module nhớ có dung lượng 16K x 8 bit ▪ Bài 2: Chỉ dùng các chip nhớ SRAM có dung lượng 16K x 8 bit và các bộ giải mã 2→ 4, hãy thiết kế module nhớ có dung lượng 256KB ▪ Bài 3: Cho các chip nhớ SRAM có dung lượng 8K x 8 bit Thiết kế module nhớ có dung lượng 16K x 16 bit 23/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Bài tập ▪ Bài 4: Tăng số lượng...5.2 Bộ nhớ bán dẫn RAM (Random Access Memory) ▪ RAM (Random Access Memory): bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên ▪ Đặc điểm: Là bộ nhớ đọc/ghi (Read/Write Memory – RWM) Bộ nhớ khả biến Chứa các thông tin tạm thời 11/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn RAM (Random Access Memory) ▪ Các loại bộ nhớ RAM: SRAM (Static): RAM tĩnh ▪ Mỗi phần tử nhớ là một mạch lật 2 trạng thái ổn định → thông... (các bộ xử lý Pentium): bộ nhớ chính gồm 8 băng nhớ đan xen 31/75 5.4 Bộ nhớ ngoài 1 Đĩa từ 2 Đĩa quang 3 Flash disk 4 Các chuẩn nối ghép ổ đĩa 5 RAID 32/75 5.4 Bộ nhớ ngoài Đĩa từ ▪ Các đặc tính của đĩa từ: Đầu từ cố định hay di động Đĩa cố định hay thay đổi Một mặt hay hai mặt Một đĩa hay nhiều đĩa Cơ chế đầu từ: ▪ Tiếp xúc ▪ Không tiếp xúc ▪ Gồm 2 loại phổ biến: Đĩa mềm Đĩa cứng 33/75 5.4 Bộ nhớ. .. lượng chip nhớ nhỏ ▪ Giá thành đắt ▪ Thường dùng làm bộ nhớ Cache DRAM (Dynamic): RAM động ▪ Mỗi phần tử nhớ là một tụ điện rất nhỏ → cứ sau một khoảng thời gian thì điện tích trên tụ điện sẽ bị mất, cho nên thông tin trên DRAM không ổn định → khắc phục bằng mạch làm tươi (refresh) DRAM ▪ Tốc độ chậm (do mất thời gian làm tươi DRAM) ▪ Dung lượng chip nhớ lớn, giá thành rẻ ▪ Thường dùng làm bộ nhớ chính ... thống nhớ 5.2 Bộ nhớ bán dẫn 5.3 Bộ nhớ 5.4 Bộ nhớ cache 5.5 Bộ nhớ 5.6 Bộ nhớ ảo 5.7 Hệ thống nhớ máy tính cá nhân 2/75 5.1 Tổng quan hệ thống nhớ Các đặc trưng hệ thống nhớ Phân cấp hệ thống nhớ. .. chip nhớ lớn, giá thành rẻ ▪ Thường dùng làm nhớ 12/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Mô hình chip nhớ 13/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Mô hình chip nhớ 14/75 5.2 Bộ nhớ bán dẫn Hoạt động chip nhớ 15/75 5.2 Bộ nhớ. .. thống nhớ máy tính 3/75 5.1 Tổng quan hệ thống nhớ Các đặc trưng hệ thống nhớ ▪ Vị trí: Bên CPU: tập ghi Bộ nhớ trong: nhớchính cache Bộ nhớ ngoài: thiết bị nhớ ▪ Dung lượng: Độ dài từ nhớ( tính bit)