Tiểu luân Cache Memory

15 53 0
  • Loading ...
1/15 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 16/04/2018, 23:38

I.Tổng Quan Hệ Thống Bộ Nhớ Máy Tính1.Bộ nhớ (memory)Các đặc trưng của bộ nhớVị trí: bộ nhớ là thiết bị nhớ có thể ghi và chứa thông tin như ROM, RAM, Cache, đĩa cứng, đĩa mềm, CD… đều có hể gọi là bộ nhớ (vì chúng đểu lưu trữ thông tin).Dung lượng: khả năng lưu trữ dữ liệu của thiết bị. Với bộ nhớ trong, dung lượng thường được biểu diễn dưới dạng byte ( 1 byte = 8 bits) hay từ. Các độ dài từ phổ biến là 8, 16, 32 bits. Bộ nhớ ngoài có dung lượng được biểu thị theo byte. Ví dụ: CD chứa được 700MB, đĩa mềm chứa được 1.44MB, đĩa cứng chứa được 80GB, 120GB, cache L1 chứa được 16KB, cache L2 chứa được 256KB…Đơn vị truyền: từ nhớ và khối nhớ.Giao tiếp: cấu trúc bên ngoài của bộ nhớ. Ví dụ: các RAM có số chân cắm và đặc tính khác nhau.Phương pháp truy nhập: truy nhập tuần tự (băng từ), truy nhập trực tiếp (các loại đĩa), truy nhập ngẫu nhiên (bộ nhớ bán dẫn), truy nhập liên kết (cache).Kiểu bộ nhớ vật lý: bộ nhớ bán dẫn, bộ nhớ từ, bộ nhớ quang.Các đặc tính vật lý: khả biến, không khả biến, xóa được, không xóa được.Hiệu năng: thời gian truy nhập, chu kỳ truy xuất bộ nhớ, tốc độ truyền. Bơ BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN - - BÀI TIỂU LUẬN Đề tài: “CACHE MEMORY” Giáo viên hướng dẫn: Hồng Đình Hạnh Mơn: Kiến Trúc Máy Tính Nhóm thực hiện: nhóm Hồng Bình Minh – 14020521 Hồ Bình Kha – 14024911 Nguyễn Minh Mẫn – 14032221 Bùi Công Hậu – 14016291 Trần Xuân Sách - 14031711 Bộ Nhớ Cache Cache Memory Pentium II Cache Organizations Mục lục: I.Tổng Quan Hệ Thống Bộ Nhớ Máy Tính 1.Bộ nhớ (memory) Phân loại nhớ .1 a) Bộ nhớ trong: b) Bộ nhớ Cache (cache memory) c) Bộ nhớ II Nguyên Tắc Bộ Nhớ Cache Nguyên tắc Thao tác Cache Tổ chức Cache .5  Phương pháp ánh xạ trực tiếp (Direct mapping) .5  Phương pháp ánh xạ liên kết (Associative mapping) .6  Phương pháp ánh xạ liên kết tập hợp (Set Associative mapping) III.Elements Of Cache Design (Các thành phần thiết kế nhớ Cache) .8 Cache size (kích thước nhớ Cache) .8 Function (bản đồ chức năng) .8 Replacement Algorithm (thuật toán thay thế) .9 Write Policy (viết sách) Block size (kích cỡ khối) Number of Caches (số Cache) 10 IV Pentium II Cache Organizations (tổ chức nhớ Cache Pentium II) 10 Pentium II 10 Bộ nhớ Cache Pentium II 11 I.Tổng Quan Hệ Thống Bộ Nhớ Máy Tính 1.Bộ nhớ (memory) Các đặc trưng nhớ - - Vị trí: nhớ thiết bị nhớ ghi chứa thông tin ROM, RAM, Cache, đĩa cứng, đĩa mềm, CD… có hể gọi nhớ (vì chúng đểu lưu trữ thơng tin) Dung lượng: khả lưu trữ liệu thiết bị Với nhớ trong, dung lượng thường biểu diễn dạng byte ( byte = bits) hay từ Các độ dài từ phổ biến 8, 16, 32 bits Bộ nhớ ngồi có dung lượng biểu thị theo byte Ví dụ: CD chứa 700MB, đĩa mềm chứa 1.44MB, đĩa cứng chứa 80GB, 120GB, cache L1 chứa 16KB, cache L2 chứa 256KB… Đơn vị truyền: từ nhớ khối nhớ Giao tiếp: cấu trúc bên ngồi nhớ Ví dụ: RAM có số chân cắm đặc tính khác Phương pháp truy nhập: truy nhập (băng từ), truy nhập trực tiếp (các loại đĩa), truy nhập ngẫu nhiên (bộ nhớ bán dẫn), truy nhập liên kết (cache) Kiểu nhớ vật lý: nhớ bán dẫn, nhớ từ, nhớ quang Các đặc tính vật lý: khả biến, khơng khả biến, xóa được, khơng xóa Hiệu năng: thời gian truy nhập, chu kỳ truy xuất nhớ, tốc độ truyền Phân loại nhớ a) Bộ nhớ trong: - Là nhớ thường tổ chức từ nhiều vi mạch nhớ ghép lại để có độ rộng bus địa liệu cần thiết  Bộ nhớ đọc (ROM: Read Only Memory) - Đây loại nhớ không khả biến dung lượng hãng sản xuất chủ yếu Nó có đặc tính thơng tin lưu trữ ROM khơng thể xóa khơng sửa được, thơng tin lưu trữ mãi Nhưng ROM có bất lợi cài đặt thơng tin vào ROM khơng tính đa dụng Ví dụ điển hình “chip” motherboard BIOS ROM để vận hành máy tính vừa khởi động - Các kiểu ROM:  PROM (Programmable ROM)  EPROM (Erasable Programmable ROM)  EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM)  Flash Memory  Bộ nhớ đọc ghi (RAM: Random Access Memory) - RAM hệ ROM, RAM ROM nhớ truy xuất ngẫu nhiên, tức liệu truy xuất không cần theo thứ tự Tuy nhiên ROM chạy chậm RAM nhiều Thông thường ROM cần 50ns để xử lý liệu RAM cần 10ns  - Có loại : RAM tĩnh (SRAM: Static RAM) RAM động (DRAM: Dynamic RAM): SRAM (RAM tĩnh) loại RAM lưu trữ liệu không cần cập nhật thường xuyên DSRAM (RAM động) loại RAM cần cập nhật liệu thường xuyên Thông thường liệu DRAM làm tươi (refresh) nhiều lần giây để giữ lại thơng lưu trữ, khơng liệu DRAM - bị tượng rò rỉ diện tích tụ điện Các khác biệt SRAM so với DRAM: Tốc độ SRAM lớn DRAM tốn thời gian refresh… Chế tạo SRAM tốn DRAM nên thông thường sử dụng DRAM để hạ giá thành sản phẩm Các kiểu RAM: - FPM – DRAM (Fast Page Mode DRAM) EDO – DRAM (Extended Data Out DRAM) BDEO – DRAM (Burst Extended Data Out DRAM) SDRAM (Synchronous DRAM) DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) DRDRAM (Direct Rambus DRAM) SLDRAM (Synchronous – Link DRAM) VRAM (Video RAM) SGRAM (Synchronous Graphic RAM) b) Bộ nhớ Cache (cache memory)  Cache: chế lưu trữ tốc độ cao đặc biệt Nó vùng lưu trữ nhớ hay thiết bị lưu trữ tốc độ cao độc lập Có hai dạng lưu trữ cache dung phổ biến torng máy tính cá nhân memory cache( nhớ cache hay nhớ truy xuất nhanh) disk cache (bộ nhớ đệm đĩa)  Memory cache: khu vực nhớ tạo nhớ tĩnh (SRAM) có tốc độ cao đắt tiền thay nhớ động (DRAM) có tốc độ thấp rẻ hơn, dùng cho nhớ Cơ chế lưu trữ nhớ cache có hiệu Bởi lẽ, hầu hết chương trình thực tế truy xuất lặp lặp lại liệu hay lệnh y chang Nhờ lưu trữ thơng tin SRAM, máy tính khỏi phải truy xuất vào DRAM vốn chậm chạp  Disk cache: Bộ nhớ đệm đĩa hoạt động nguyên tắc với nhớ cache, thay dung SRAM tốc độ cao, lại sử dụng nhớ Các liệu truy xuất gần từ đĩa cứng lưu trữ buffer ( phần đệm ) nhớ Khi chương trình cần truy xuất liệu từ ổ đĩa, kiểm tra trước tiên nhớ đệm đĩa xem liệu cần có sẵn khơng Cơ chế nhớ đệm có cơng dụng cải thiện cách đáng ngạc nhiên sức mạnh tốc độ hệ thống Bởi lẽ, việc truy xuất byte liệu nhớ RAM nhanh hàng ngàn lần truy xuất từ ổ đĩa cứng Và hiệu cache tính hit rate ( tốc độ tìm thấy liệu cache) c) Bộ nhớ - Bộ nhớ vật liệu bán dẫn khơng thể lưu trữ khối lượng lớn liệu nên cần phải có thêm thiết bị nhớ bên ngồi đĩa từ, đĩa mềm, đĩa cứng, đĩa quang, băng giấy đục lỗ, băng cassette, trống từ…  Đĩa từ đĩa tròn, mỏng làm chất dẻo ,thủy tinh cứng hay kim loại cứng, có phủ lớp từ dính oxide sắt từ Đĩa từ sử dụng kỹ thuật ghi từ để lưu trữ liệu Khi ghi liệu đĩa, liệu tồn khơng nguồn cung cấp có khả xóa đ, thay liệu  Đĩa mềm gồm đĩa từ nhựa dẻo bảo vệ bao giấy hay nhựa cứng Trên bao có khoét lỗ dài cho phép đầu đọc ổ đĩa tiếp xúc với mặt    đĩa để đọc / ghi liệu Có loại đĩa mềm: đường kính 5.25 inch (hầu khơng sử dụng ) đường kính 3.5 inch (chỉ dung dung lượng 1.44 MB) Đĩa cứng (HDD: Hard Disk Driver) thành phần quan lưu trữ hệ điều hành phần mềm tiện ích máy tính Một máy tính đĩa nhiều đĩa, dung lượng đĩa lớn từ 200MB đến 120GB Tốc độ đọc ghi nhanh so nhớ khác Dữ liệu lưu trữ phân tán tấc đĩa Có thể tạo lưu trữ thơng tin dư thừa nhằm mục đích cho việc phục hồi đãi bị hỏng Đĩa quang (CD-ROM, DVD) gồm CD-ROM (Compact Disk ROM) , CD-R (Recordable CD), CD_RW (Rewriteable CD) dung lượng phổ biến 650MB, ổ đĩa CD, ổ đĩa CD ROM: độc liệu từ đĩa CD, ổ CD RW: vừa đọc đĩa CD ghi liệu CD-R, CD-RW Tốc độ đọc sở 150KB/s Tốc độ bội lần : 40x, 50x, 60x… DVD (Digital Video Disk): dung đầu đọc, DVD (Digital Versatile Disk): dung ổ đĩa máy tính dung lượng thơng dụng 4.7GB RAID cấu trúc đa đĩa vật lý để tạo nên đĩa logic có kích thước lớn, độ tin cậy khả vận hành cao Các cấp nhớ máy tính II Nguyên Tắc Bộ Nhớ Cache Nguyên tắc - Cache có tốc độ truy xuất nhanh nhiều nhớ - Cache đặt CPU nhớ nhằm tăng tốc độ trao đổi thông tin CPU nhớ - Cache thường đặt chip vi xử lý - Bộ nhớ cache thiết kế với ý định mang lại nhớ có tốc độ xấp xỉ tốc độ nhớ nhanh có, đồng thời cung cấp kích thước nhớ lớn với phí tổn so với loại nhớ bán dẫn Bộ nhớ cache chứa phần nhớ Khi CPU cố gắng đọc từ nhớ, từ - kiểm tra xem có cache hay khơng Nếu có, từ cung cấp cho CPU Trong trường hợp ngược lại, khối nhớ chính, bao gồm lượng cố định từ đọc vào cache sau từ cung cấp cho CPU Do có tượng tham chiếu cục bộ, khối liệu lấy vào cache để đáp ứng tham chiếu đơn lẻ, có nhiều khả tham chiếu từ khác khối Cache gắn trực tiếp thiết bị ngoại vi Các đĩa cứng đại gắn nhớ truy cập nhanh, khoảng 512 KB Máy tính không trực tiếp sử dụng nhớ mà chương trình điều khiển ổ cứng Đối với máy tính, chip có nhớ coi đĩa Khi máy tính yêu cầu liệu từ ổ cứng, chương trình quản lý đĩa kiểm tra nhớ trước di chuyển phận khí đĩa cứng (tốc độ chậm so với nhớ) Nếu tìm thấy liệu mà máy tính u cầu cache, cung cấp thơng tin khơng thực truy cập vào ổ đĩa, tiết kiệm nhiều thời gian Thao tác Cache - CPU yêu cầu lấy nội dung ngăn nhớ việc đưa địa xác định nhớ - CPU kiểm tra xem có nội dung cần tìm Cache - Nếu có: CPU nhận dự liệu từ nhớ Cache - Nếu không có: |bộ điều khiển Cache đọc Block nhớ chứa liệu CPU cần vào Cache - Tiếp chuyển liệu từ Cache đến CPU - Sơ đồ thao tác Cache, nhớ CPU Tổ chức Cache - Giả sử nhớ gồm đến 2n từ nhớ đánh địa (với từ nhớ có địa rộng n bit) Bộ nhớ chia thành M khối, khối có K từ nhớ M=2n/K Bộ nhớ Cache có C khe, khe có K từ nhớ.(C
- Xem thêm -

Xem thêm: Tiểu luân Cache Memory, Tiểu luân Cache Memory

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay