Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
CHƯƠNG 6: BỘ NHỚ MÁY TÍNH - Coggle Diagram
CHƯƠNG 6: BỘ NHỚ MÁY TÍNH
TỔNG QUAN
CÁC ĐẶC TRƯNG
BỘ NHỚ
VỊ TRÍ: bên trong CPU(tập thanh ghi)
bộ nhớ trong(bộ nhớ chính,bộ nhớ đệm)
bộ nhớ ngoài: các thiết bị lưu trữ
dung lượng: độ dài từ nhớ,số lượng tự nhớ
đơn vị truyền:từ nhớ,khối nhớ
phương pháp truy nhập: tuần tự,trực tiếp,ngẫu nhiên
liên tiếp(cache)
hiệu năng: thời gian truy nhập,chu kỳ nhớ,tốc độ truyền
kiểu vật lý: bộ nhớ bán dẫn,bộ nhớ từ,bộ nhớ quang
đặc tính vật lý:khả biến,không khả biến(volatilee)
xóa được,ko xóa đc
phân cấp bộ nhớ
bộ xử lí ( tập thanh ghi(trong CPU) -> cache ) -> bộ nhớ chính -> thiết bị lưu trữ
trái ->phải: dung lượng tăng dần,tốc độ giảm,giá thành cùng dung lượng giảm
bộ nhớ lý tưởng: thời gian truy nhập như SRAM
dung lượng và giá thành như ổ đĩa cứng
phân cấp bộ nhớ PC có > 1 cache so với di động
nguyên lý cục bộ: trong 1 tgian đủ nhỏ CPU chỉ tham chiếu các ttin trong 1 khối nhớ cục bộ: theo không gian hoặc thời gian
II. BỘ NHỚ CHÍNH
1.BỘ NHỚ BÁN DẪN
CHỈ ĐỌC: ROM(MẶT NẠ),PROM(BẰNG ĐIỆN),
KHÔNG XÓA ĐƯỢC,KHÔNG KHẢ BIẾN
ROM: lưu trữ các ttin sau:
+thư viện các ctr con
+điều khiển hệ thống BIOS
+bảng chức năng, vi ctr
ROM mặt nạ:ttin ghi khi sx
PROM: cần thiết bị chuyên dụng,ghi 1 lần
EPROM: chuyên dụng,xóa bằng tử ngoại,ghi nhiều lần
eeprom:ghi từng byte, xóa bằng điện
HẦU NHƯ CHỈ ĐỌC: EPROM (TIA CỰC TÍM,CẢ CHIP)
EEPROM(BẰNG ĐIỆN,TỪNG BYTE)
ĐỌC-GHI: FLASH MEMORY: BẰNG ĐIỆN,TỪNG KHỐI
RAM: BẰNG ĐIỆN TỪNG BYTE(KHẢ BIẾN)- DUY NHẤT
bộ nhớ flash: ghi theo khối, xóa bằng điện
dung lượng lớn, thay thế rom
dùng cho SSD,lưu trự di động,tabler, qua usb
ram: ttin tạm thời
2 loại SRAM,DRAM
SRAM(tĩnh): các bit lưu trữ = flip,flop(ổn định)
cấu trúc phức tạp
dung lượng chip nhỏ
tốc độ nhanh,đắt, làm bộ nhớ cache
DRAM(động):lưu trữ trên tụ điện(cần mạch làm tươi)
cấu trúc đơn giản
dung lượng lớn,tốc độ chậm
rẻ, bộ nhớ chính
2.ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA BỘ NHỚ CHÍNH
chứa ctr đang thực hiện,dữ liệu đag sử dụng
tồn tại trên hệ thống máy tính
bao gồm ngăn nhớ đc đánh địa chỉ trực tiếp CPU
dung lượng bộ nhớ chính< không gian địa chỉ bộ nhớ CPU
việc quản lý logic bộ nhớ tùy thuộc hệ điều hành
TỔ CHỨC BỘ NHỚ ĐAN XEN
Độn rộng bus: 8,16,32 bit
các ngăn nhớ tổ chức theo byte
->tổ chức bộ nhớ vật lý khác nhau
m=8 bit -> 1 băng nhớ tuyến tính
m=16 bit -> hai băng nhớ đan xen
m=32 4 băng đan xen(chia mod 4)
III. BỘ NHỚ ĐỆM
NGUYÊN TẮC CHUNG CACHE
nhanh hơn bộ nhớ chính
đặt giữa CPU và bộ nhớ chính nhằm tăng tốc CPU
có thể đặt trên chip CPU
cpu <---(truyền theo từ nhớ)-->cache <---truyền theo block nhớ-->bộ nhớ chính
CẤU TRÚC CHUNG CACHE/BỘ NHỚ CHÍNH
Bộ nhớ chính có 2^N byte nhớ
chia thành các khối kthc bằng nhau
bộ nhớ chính B0,B1,..(blocks)
+bộ nhớ cache L0,L1,L2 (lines)
kthuoc block 8,16,32,64
-mỗi line trong cache có 1 thẻ nhớ (tag)
được gắn vào
1 số block được nạp vào Line của cache
tag cho biết block nào của bộ nhớ chính
tag được cập nhật mỗi khi block từ bộ nhớ chính
nạp vào line đó
các phương ánh xạ
ánh xạ trực tiếp: mỗi BLock chỉ nạp vào 1 line của cache
Bj nạp vào Lj mod m
+m là số Line cache
ĐỊA chỉ N bit bộ nhớ chia 3 phần:
trường word gồm w bit xác định 1 từ nhớ trong block hay
line 2^W= kích thước block hay line
trường line: gồm L bit xđ 1 trong số các Line trong cache
2^L= số line trong cache= m
trường tag gồm T BIT T=N-(L+W)
mỗi thẻ TAG chứa T bit
CPU muốn truy cập 1 từ nhớ thì nó phát ra địa chỉ N bit
nhờ L bit biết Line
đọc nội dung tag ở line rồi so sánh T bit địa chỉ vừa phát
++ giống nhau:cache hit
++ khác nhau cache miss
so sánh đơn giản
+cache hit thấp
ÁNH XẠ LIÊN KẾT TOÀN PHẦN:
mỗi block nạp bất kì line nào
Chia thành 2 trường:
Trường word gồm W bit xđ từ nhớ trong block or line
trường tag T=N-W
Khi CPU truy cập từ nhớ thì nó phát ra
so sánh T bit bên trái của địa chỉ vừa phát ra với lần lượt nội dung
ưu điểm: xác suất cache hit cao
nược mất tgian, ít sử dụng
ÁNH XẠ LIÊN KẾT TẬP HỢP
(dung hòa 2 cái trên)
Cache chia thành các tập set
(ví dụ 4 line/set)
N bit:
trường word 2^W
trường set xác định 1 trong số các set 2^S= số Set
trường tag T= N-s-w
khi CPU muốn truy cập:
nhờ vào S bit của trường set sẽ tìm ra set t/ứ
so sánh t bit bên trái của đc phát ra với lần lượt
nội dung các tag trong set đó
thôn dụng với 2,4,8,16
ví dụ
ánh xạ địa chỉ:
▪ Giả sử máy tính đánh địa chỉ cho từng byte
▪ Không gian địa chỉ bộ nhớ chính = 4GiB
▪ Dung lượng bộ nhớ cache là 256KiB
▪ Kích thước Line (Block) = 32byte.
▪ Xác định số bit của các trường địa chỉ cho ba
ánh xạ trực tiếp:
bộ nhớ chính 2^32 byte -> N =32
cache =256=2^18 byte
+line 32 byte=2^5 byte -> W=5
+Line trong cache: L=18-5=13
+T=32-13-5=14
ánh xạ liên kết toàn phần
N=32, W=5,T=27
liên kết tập hợp 4 đường
1 set có 4 line =2^2 line
=> số set là 2^13/2^2=2^11 set
=> S=11
T=32-(11+5)=16 bit
trường hợp tổ chức:
▪ Ánh xạ trực tiếp
▪ Ánh xạ liên kết toàn phần
▪ Ánh xạ liên kết tập hợp 4 đường
THAY THẾ BLOCK TRONG CACHE
VỚI ÁNH XẠ TRỰC TIẾP:
không phải lựa chọn
mỗi block chỉ ánh xạ vào 1 line
thay thế block ở line đó
VỚI ÁNH XẠ LIÊN KẾT
▪ Random: Thay thế ngẫu nhiên
▪ FIFO (First In First Out): Thay thế Block nào nằm
lâu nhất ở trong Set đó
▪ LFU (Least Frequently Used): Thay thế Block nào
trong Set có số lần truy nhập ít nhất trong cùng
một khoảng thời gian
▪ LRU (Least Recently Used): Thay thế Block ở trong
Set tương ứng có thời gian lâu nhất không được
tham chiếu tới
▪ Tối ưu nhất: LRU
PHƯƠNG PHÁP GHI
DỮ LIỆU KHI CACHE HIT
▪ Ghi xuyên qua (Write-through):
▪ ghi cả cache và cả bộ nhớ chính
▪ tốc độ chậm
▪ Ghi trả sau (Write-back):
▪ chỉ ghi ra cache
▪ tốc độ nhanh
▪ khi Block trong cache bị thay thế cần phải ghi trả cả
Block về bộ nhớ chính
BỘ NHỚ NGOÀI
HDD:
+
▪ Dung lượng lớn
▪ Tốc độ đọc/ghi chậm
▪ Tốn năng lượng
▪ Dễ bị lỗi cơ học
▪ Rẻ tiền
ổ SSD
▪ Bộ nhớ bán dẫn flash
▪ Không khả biến
▪ Tốc độ nhanh
▪ Tiêu thụ năng lượng ít
▪ Gồm nhiều chip nhớ flash và cho phép truy cập
song song
▪ Ít bị lỗi
▪ Đắt tiền
Đĩa quang:
CD (650MB)
,DVD (4,7GB)
HỆ THỐNG LƯU TRỮ DUNG
LƯỢNG LỚN RAID
Tập các ổ đĩa cứng vật lý được OS coi như 1 ổ logic duy nhất
-> dung lượng lớn
dữ liệu được lưu trữ phân tấn trên các ổ đĩa vật lý
-> truy cập song song(nhanh)
lưu trữ thêm ttin,cho phép khôi phục ttin nếu hỏng
-> an toàn ttin
các loại RAID(0-6)
BỘ NHỚ ẢO
▪ Khái niệm bộ nhớ ảo: gồm bộ nhớ chính và bộ nhớ
ngoài mà được CPU coi như là một bộ nhớ duy
nhất (bộ nhớ chính).
▪ Các kỹ thuật thực hiện bộ nhớ ảo:
▪ Kỹ thuật phân trang: Chia không gian địa chỉ bộ nhớ
thành các trang nhớ có kích thước bằng nhau và nằm
liền kề nhau
Thông dụng: kích thước trang = 4KiB
▪ Kỹ thuật phân đoạn: Chia không gian nhớ thành các
đoạn nhớ có kích thước thay đổi, các đoạn nhớ có thể
gối lên nhau.