ktmt chuong 5

Phan Trung Kiên 1

Kiến trúc máy tính

Chương 5HỆ

THỐNG NHỚ

MÁY

TÍNH

Phan Trung Kiên 2

Nội dung chương 5

Tổng quan về

hệ

thống nhớ

Bộ

nhớ

bán dẫn

Bộ

nhớ

chính

Bộ

nhớ

cache

Bộ

nhớ

ngoài.

Phan Trung Kiên 3

Các đặc trưng của hệ

thống nhớ

Vị

trí

(location)•

Bên trong Bộ

xử

lý: Các thanh ghi

•

Bộ

nhớ

trong: Bộ

nhớ

chínhBộ

nhớ

cache

•

Bộ

nhớ

ngoài: Đĩa từ, băng từĐĩa quang

Dung lượng (capacity)•

Độ

dài ngăn nhớ (đơn vị

là

bit)

•

Số lượng ngăn nhớ

Phan Trung Kiên 4


thống nhớ

Đơn vị

truyền (unit of transfer)•

Truyền theo từ

nhớ

•

Truyền theo khối nhớ

Phương pháp truy nhập (access method)•

Truy nhập tuần tự (băng từ)

•

Truy nhập trực tiếp (đĩa từ, đĩa quang)•

Truy nhập ngẫu nhiên (bộ

nhớ

trong)

•

Truy nhập liên kết (bộ

nhớ

cache)

Phan Trung Kiên 5


thống nhớ

Kiểu vật lý của bộ

nhớ

(physical type)•

Bộ

nhớ

bán dẫn

•

Bộ

nhớ

từ: băng từ

và đĩa từ•

Bộ

nhớ quang: đĩa quang

Các đặc trưng vật lý (physical characteristics)•

Bộ

nhớ

khả

biến / không khả

biến

•

Bộ

nhớ

xóa được / không xóa được

Phan Trung Kiên 6

Phân cấp hệ

thống nhớ

Từ

trái sang phải:• Dung lượng 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

Tậpthanhghi

CacheL1

CacheL2

Bộnhớ

chính

Bộnhớ

ngoài

Bộ

xử

lý

Phan Trung Kiên 7

Bộ

nhớ

bán dẫn

Phân loại

Tổ

chức chip nhớ

bán dẫn

Thiết kế

các modul nhớ

bán dẫn

Phan Trung Kiên 8

Bộ

nhớ

bán dẫn

Khả

biếnBằng điện, từng byte

Random Access Memory (RAM)

Bằng điện, từng khốiBộ

nhớ đọc -

ghi

Flash memory

Bằng điện, mức từng byte

Electrically Erasable PROM (EEPROM)

Bằng tia cực tím, cả

chipBộ

nhớhầu như chỉ đọc

Erasable PROM (EPROM)

Bằng điện

Programmable ROM (PROM)

Không khả

biến

Mặt nạKhông xóa được

Bộ

nhớchỉ đọc

Read Only Memory(ROM)

Tính thay đổi

Cơ chế

ghi

Khả năng xóa

Tiêu

chuẩnKiểu bộ

nhớ

Phan Trung Kiên 9

ROM (Read Only Memory)

Là

loại bộ

nhớ

không khả

biến

Lưu trữ

các thông tin:

•

Thư viện các chương trình con•

Các chương trình hệ

thống (BIOS)

•

Các bảng chức năng•

Vi chương trình

Phan Trung Kiên 10

Các kiểu ROM

ROM mặt nạ

(ROM cố định):•

Thông tin được ghi ngay khi sản xuất

•

Rất đắt

PROM (Programmble ROM):•

Khi sản xuất chưa ghi dữ

liệu

•

Cần thiết bị

chuyên dùng để

ghi bằng chương trình, chỉ ghi được một lần

EPROM (Erasable PROM):•

Khi sản xuất chưa ghi dữ

liệu

•

Cần thiết bị

chuyên dụng để

ghi bằng chương trình, ghi được nhiều lần

•

Trước khi ghi lại, phải xóa bằng tia cực tím

Phan Trung Kiên 11

Các kiểu ROM

EEPROM (Electrically Erasable PROM):•

Có

thể

ghi theo từng byte

•

Xóa bằng điện•

Ghi lâu hơn đọc

Flash memory (bộ

nhớ

cực nhanh)•

Ghi theo khối

•

Xóa bằng điện

Phan Trung Kiên 12

RAM (Random Access Memory)

Bộ

nhớ đọc / ghi

Khả

biến

Lưu trữ

thông tin tạm thời

Có

hai loại RAM:

•

SRAM (Static RAM)•

DRAM (Dynamic RAM)

Phan Trung Kiên 13

Các kiểu RAM

DRAM•

Các bit được lưu trữ

trên tụ điện ? cần

phải có

mạch làm tươi•

Cấu trúc đơn giản

•

Dung lượng lớn•

Tốc độ

chậm hơn SRAM

•

Rẻ hơn SRAM•

Dùng làm bộ

nhớ

chính

Phan Trung Kiên 14

Các kiểu RAM

SRAM•

Các bit được lưu trữ

bằng các Flip-Flop

•

Không cần mạch làm tươi•

Cấu trúc phức tạp hơn DRAM

•

Dung lượng nhỏ•

Tốc độ nhanh hơn DRAM

•

Đắt hơn DRAM•

Dùng làm bộ

nhớ

cache

Phan Trung Kiên 15

Ví

dụ

về

DRAM

Phan Trung Kiên 16

Tổ

chức ô nhớ

Ô nhớ

là

phần tử

nhớ được 1 bit thông tin Các tín hiệu:

• Tín hiệu chọn được gửi đến để

chọn ô nhớ• Tín hiệu điều khiển

chỉ

thị

việc ghi hay đọc

• Tín hiệu thứ

ba là đường dữ

liệu

Chän

§iÒu khiÓn

D÷ liÖu vµo Chän

§iÒu khiÓn

D÷ liÖu ra¤ nhí ¤ nhí

a) Ghi b) §äc

Phan Trung Kiên 17

Tổ

chức của chip nhớ

Chip nhớ

D0

D1

Dm -

1

A0

A1

An -

1

CS

RD WR

.

.

.

.

.

.

.

.

Phan Trung Kiên 18

Các tín hiệu của chip nhớ

Các đường địa chỉ: A0

An -

1

có

2n ngăn nhớ.

Các đường dữ

liệu: D0

Dm -

1

độ dài ngăn nhớ

là

m bit.

Dung lượng chip nhớ: 2n

x m

bit

Các đường điều khiển:•

Tín hiệu chọn chip: CS

(Chip Select)

•

Tín hiệu điều khiển đọc: RD

/ OE•

Tín hiệu điều khiển ghi: WR

/ WE

Phan Trung Kiên 19

Tổ

chức của DRAM

Dùng n đường địa chỉ

dồn kênh cho phép truyền 2n bit địa chỉ

Tín hiệu chọn địa chỉ

hàng RAS

(Row Address Select)

Tín hiệu chọn địa chỉ

cột CAS

(Column Address Select)

Dung lượng của DRAM: 22n

x m

bit

Phan Trung Kiên 20

Ví

dụ: chip 16Mb DRAM (4M x 4 bit)

Phan Trung Kiên 21

Các chip nhớ

(nhìn bên ngoài)

Phan Trung Kiên 22

Thiết kế

modul nhớ

bán dẫn

Dung lượng chip nhớ

là

2n

x m bit

Cần thiết kế để tăng dung lượng:•

Tăng độ

dài ngăn nhớ (tăng m)

•

Tăng số lượng ngăn nhớ (tăng n)•

Kết hợp cả

hai loại (tăng m và

n)

Phan Trung Kiên 23

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 lượng chip nhớ: 213

x 4 bit

•

Chip nhớ

có: 13 đường địa chỉ

(A0

A12

), 4 đường dữ

liệu (D0

D3

)

•

Modul nhớ

cần có:13 đường địa chỉ

(A0

A12

), 8 đường dữ

liệu (D0

D7

)

Phan Trung Kiên 24

Hình vẽ

(ví

dụ

1)

A0

A12

8K x 4 bit

D0

D3

CS

WE OE

A0

A12

A0

A12

8K x 4 bit

D0 D3

CS

WE OE

CSWEOE

D0

D3

D4

D7

Phan Trung Kiên 25

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

Phan Trung Kiên 26

Tăng số lượng ngăn nhớ

Ví

dụ

2:

•

Cho chip nhớ

SRAM: 4K x 4

bit•

Hãy thiết kế

modul nhớ

8K x 4

bit

Giải:•


x 4 bit•

Chip nhớ

có:

12 đường địa chỉ

(A0

A11

), 4 đường dữ

liệu (D0

D3

)•

Modul nhớ

cần có:

13 đường địa chỉ

(A0

A12

), 4 đường dữ

liệu (D0

D3

)

Phan Trung Kiên 27

Hình vẽ

(ví

dụ

2)

A0

A11

D0

D3

CS

WE OE

A0

A11

D0

D3

CS

WE OE

11X1

10

01

01

00

Y0Y1AG

A0

A11

WEOE

A Y0

G Y1

A12

D0

D3

CS

Phan Trung Kiên 28

Tăng số lượng ngăn nhớ

Bài toán tăng số lượng tổng quát:

Cho chip nhớ

2n

x m

bit

Cần ghép nối modul nhớ: 2k+n

x m

bit Cần ghép nối 2k

chip và

phải dùng

bộ

giải mã k: 2k (k 2k)

Phan Trung Kiên 29

Tăng số lượng và độ

dài ngăn nhớ

Ví

dụ

3: •

Cho chip nhớ

SRAM: 8K x 4

bit

•

Hãy thiết kế

modul nhớ

16K x 8

bit

Giải:•


x 4 bit

•

Chip nhớ

có: 13 đường địa chỉ

(A0

A12

), 4 đường dữ

liệu (D0

D3

)

•

Modul nhớ

cần có:14 đường địa chỉ

(A0

A13

), 8 đường dữ

liệu (D0

D7

)

Phan Trung Kiên 30

Hình vẽ

(ví

dụ

3)

A0

A12

D0

D3

CS

WE OE

A0

A12

D0

D3

CS

WE OE

A0

A12

D0

D3

CS

WE OE

A0

A12

D0

D3

CS

WE OE

A Y0

G Y1

A0

A12

WEOE

A13

CS

D0

D7

D0

D7

Phan Trung Kiên 31

Tăng số lượng và độ

dài ngăn nhớ

Bài toán tăng số lượng và độ

dài tổng quát:

Cho chip nhớ

2n

x m

bit

Cần ghép nối modul nhớ: 2p+n

x (q.m)

bit

Cần ghép nối q.2p

chip thành 2p

bộ, mỗi

bộ

q chip và

phải dùng bộ

giải mã p: 2p (p 2p)

Phan Trung Kiên 32

Bộ

nhớ

chính

Các đặc trưng cơ bản•

Chứa các chương trình đang thực hiện và

các dữ

liệu đang được sử

dụng•

Tồn tại trên mọi hệ

thống máy tính

•

Được đánh địa chỉ

trực tiếp bởi CPU: có nhiều ngăn nhớ, mỗi ngăn nhớ được gán một

địa chỉ

xác định•

Việc quản lý lôgic BNC tùy thuộc vào từng HĐH

•

Về

nguyên tắc, người lập trình có

thể

can thiệp trực tiếp vào toàn bộ

BNC của máy tính

Phan Trung Kiên 33

Bộ

nhớ

chính

Tổ

chức bộ

nhớ đan xen•

Độ

rộng của bus dữ

liệu để trao đổi với

bộ

nhớ: m = 8, 16, 32, 64, ... bit•

Các ngăn nhớ

tổ

chức theo byte

Phan Trung Kiên 34

Ví

dụ: m = 8 bit

Bus hệ

thống

Bank nhớĐịa chỉ0123

n

. . . . .

Phan Trung Kiên 35

m = 16 bit

Bus hệ

thống

Bank 0 Bank 1Địa chỉ

. . . . .

0246

2n

Địa chỉ1357

2n+1

. . . . .

Phan Trung Kiên 36

m = 32 bit

Bus hệ

thống

Bank 0Địa chỉ

. . . . .

048

12

4n

Bank 1Địa chỉ

. . . . .

159

13

4n+1

Bank 2Địa chỉ

. . . . .

26

1014

4n+2

Bank 3

. . . . .

37

1115

4n+3

Địa chỉ

Phan Trung Kiên 37

Bộ

nhớ

cache

Nguyên tắc chung

Các kỹ

thuật ánh xạ địa chỉ

Các thuật toán thay thế

Hoạt động của cache

Bài tập

Phan Trung Kiên 38

Nguyên tắc chung

Cache có

tốc độ nhanh hơn bộ

nhớ

chính

Cache được đặt giữa CPU và

bộ

nhớ

chính nhằm tăng tốc độ

truy nhập bộ

nhớ của CPU

Cache có

thể được đặt trên chip CPU

Phan Trung Kiên 39

Các khái niệm

Cache

hit, cache miss:

•

Cache hit

(trúng cache): khi CPU truy nhập một từ nhớ

mà

từ

nhớ đó

đang có

trong cache.

•

Cache miss (trượt cache): khi CPU truy nhập một từ nhớ

mà

từ

nhớ đó

không có

trong cache.

Nguyên lý định vị

tham số

bộ

nhớ:•

Định vị

về

thời gian: Một mục thông tin vừa được truy

nhập thì

có

xác suất lớn là ngay sau đó

nó được truy nhập lại.

•

Định vị

về

không gian: Một mục thông tin vừa được truy nhập thì

có

xác suất lớn là ngay sau đó

các mục

lân cận

sẽ được truy nhập.

Phan Trung Kiên 40

Các khái niệm

Trao đổi thông tin giữa cache và

BNC:•

BNC được chia thành các Block

nhớ

•

Cache được chia thành các Line

nhớ•

Kích thước Line bằng

kích thước Block

Số lượng Line << Số lượng Block

Mỗi Line trong cache được gắn thêm một Tag để

xác định Block nào (của BNC)

đang ở

trong Line

Phan Trung Kiên 41

Hình vẽ

minh họa

BXL

Tag D÷ liÖu

Bé nhí cache

Bé nhí chÝnh

L0

L1

Lm-2

Lm-1

B0

B1

B2

Bp-2

Bp-1

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Phan Trung Kiên 42

Các kỹ

thuật ánh xạ địa chỉ

Ánh xạ

trực tiếp

(direct mapping)

Ánh xạ

liên kết hoàn toàn

(fully associative mapping)

Ánh xạ

liên kết tập hợp

(set associative mapping)

Phan Trung Kiên 43

Ánh xạ

trực tiếp

Mỗi Block của BNC chỉ được ánh xạ

vào một Line duy nhất:

i = j mod m•

i: số

hiệu Line trong cache

•

j: số

hiệu Block trong BNC•

m: số lượng Line trong cache

Cụ

thể: B0

L0

Bm

L0 . . .B1

L1

Bm+1

L1

. . .. . . . . .

Bm-1

Lm-1

B2m-1

Lm-1 . . .

Phan Trung Kiên 44

Ánh xạ

trực tiếp

Như vậy:L0

: B0

, Bm

, B2m

, ..., Bnm

L1

: B1

, Bm+1

, B2m+1

, ..., Bnm+1

. . . . . . .

Lm-1

: Bm-1

, B2m-1

, B3m-1

, ..., B(n+1)m-1

Phan Trung Kiên 45

Ánh xạ

trực tiếp

Khi đó, địa chỉ

do CPU phát ra gồm 3 trường:

•

Word: xác định số

hiệu ngăn nhớ

trong Block Block (Line) có

2w

ngăn nhớ•

Line: xác định số

hiệu Line trong cache

Cache có

2r

Line, cache chứa 2r + w ngăn nhớ•

Tag: xác định Block nào đang ở

trong Line

BNC chứa 2(s -

r) + r + w

= 2s + w

ngăn nhớ

Tag Line Words -

r bit w bitr bit

Phan Trung Kiên 46

Ví

dụ

1

Cho máy tính có dung lượng: •

BNC = 128 MB, cache = 256 KB, line = 32 byte, •

Độ

dài ngăn nhớ

= 1 byte.Tìm dạng địa chỉ

do BXL phát ra?

Giải: Ta có:•

BNC = 128 MB = 27

* 220

byte = 227

byte•

Cache = 256 KB = 28

* 210

byte = 218

byte•

Line = 32 byte = 25

byte w = 5•

Số lượng Line trong cache: 218/25

= 213

r = 13•

Số

bit của phần Tag: 27 -

13 -

5 = 9, s -

r = 9

5139

Phan Trung Kiên 47

Ví

dụ

2


BNC = 256 MB, cache = 64 KB, line = 16 byte,

•

Độ

dài ngăn nhớ


do BXL phát ra?

Giải: Ta có:•

BNC = 256 MB = 228

byte = 228/22

= 226

ng/nhớ

•

Cache = 64 KB = 216

byte = 216/22

= 214

ng/nhớ

•

Line = 16 byte =24/22

= 22

ng/nhớ

w = 2

•

Số lượng Line trong cache: 214/22

= 210

r = 10

•

Số


10 -

2 = 9, s -

r = 14

21014

Phan Trung Kiên 48

Sơ đồ

thực hiện

Phan Trung Kiên 49

Nhận xét

Ưu điểm:•

Dễ

thực hiện, vì

một Block được ánh xạ

cố định

vào một Line không cần thuật toán chọn Line.

•

Thiết kế

mạch đơn giản.

Nhược điểm:•

Tỉ

lệ

cache hit thấp.

Phan Trung Kiên 50

ánh xạ


Mỗi Block trong BNC được ánh xạ

vào một Line bất kỳ trong Cache


do BXL phát ra có

dạng:

•

Word: xác định ngăn nhớ

trong Block Block có

2w

ngăn nhớ•

Tag: xác định Block đang ở

trong Line

Số lượng Block: 2s

Dung lượng BNC: 2s + w

ngăn nhớ

Tag Word

s bit w bit

Phan Trung Kiên 51

Sơ đồ

thực hiện

Phan Trung Kiên 52

Nhận xét

Ưu điểm:•

Tỉ

lệ

cache hit cao hơn

ánh xạ

trực tiếp

vì

một Block được phép vào một Line bất kỳ.


Thiết kế

mạch tương đối phức tạp, thể

hiện ở

mạch so sánh.

Phan Trung Kiên 53

Ánh xạ


Cache được chia thành nhiều Set, mỗi Set gồm nhiều Line liên tiếp

Một Block của BNC chỉ được ánh xạ

vào

một Set

duy nhất trong cache, nhưng được ánh xạ

vào Line

bất kỳ trong set đó:

i = j mod v•

i: số

hiệu Set trong cache

•

j: số

hiệu Block trong BNC•

v: số lượng Set trong cache

Phan Trung Kiên 54

Ánh xạ



do BXL phát ra gồm:

•

Word: xác định số

hiệu ngăn nhớ

trong Block Block (Line) có

2w

ngăn nhớ

•

Set: xác định số

hiệu Set trong cache Cache có

2d

Set

•

Tag: xác định Block nào đang ở

trong Line BNC chứa 2(s -

d) + d + w

= 2s + w

ngăn nhớ

Tag Set Words -

d bit w bitd bit

Phan Trung Kiên 55

Ví

dụ

1



•

Set = 8 Line, độ

dài ngăn nhớ


do BXL phát ra?

Giải: Ta có:•

BNC = 512 MB = 229

byte; Cache = 128 KB = 217

byte•

Line = 25

byte w = 5•

Dung lượng Set: 23

* 25

= 28

byte số lượng Set trong Cache: 217/28

= 29

d = 9•

Số


9 -

5 = 15, s -

d = 15

5915

Phan Trung Kiên 56

Ví

dụ

2



•

Set = 4 Line, độ

dài ngăn nhớ


do BXL phát ra?

Giải: Ta có:•

BNC = 228

byte = 228/22

= 226

ng/nhớ

•

Cache = 217

byte = 217/22

= 215

ng/nhớ

•

Line = 26/22

= 24

ng/nhớ

? w = 4

•

D/l Set: 22 * 24= 26

s/l Set: 215/26 = 29 d

= 9•

Số


9 -

4 = 12, s -

d =

12 5912

Phan Trung Kiên 57

Sơ đồ

thực hiện

Phan Trung Kiên 58

Nhận xét

ưu điểm:•

Tỉ

lệ

cache hit cao vì

một Block được

phép vào một Line bất kỳ

trong Set, và dễ

so sánh.

•

Đây là

kỹ

thuật ánh xạ

tốt nhất trong 3 kỹ

thuật.


Thiết kế

mạch phức tạp.

Phan Trung Kiên 59

Các thuật toán thay thế

Kỹ

thuật ánh xạ

trực tiếp: Không thay được

Hai kỹ

thuật ánh xạ

liên kết: có

4 thuật

toán•

Random: thay ngẫu nhiên một Block cũ

nào

đó? Dễ

thực hiện, nhanh nhất, tỉ

lệ

cache hit thấp.

•

FIFO

(First In -

First Out): thay Block ở đầu tiên trong số

các Block đang có

trong cache

? tỉ

lệ

cache hit không cao•

LFU (Least Frequently Used): thay Block được dùng với tần suất ít nhất ? tỉ

lệ cache

hit

tương

đối cao

Phan Trung Kiên 60


Đọc: •

Nếu cache hit: đọc ngăn nhớ

từ

cache

•

Nếu cache miss: thay Block ? cache hit

Ghi:•

Nếu cache hit: có 2 phương pháp: Write through: ghi dữ

liệu vào cả

cache và

cả

BNC không cần thiết, tốc độ

chậm, mạch đơn giản.

Write back: chỉ

ghi vào cache, khi nào Block (trong cache) được ghi bị thay đi ghi vào BNC tốc độ

nhanh, mạch phức tạp.

•

Nếu cache miss: thay Block cache hit

Phan Trung Kiên 61


BXL Cache BNC

a) Write Through

BXL Cache BNC

b) Write Back

Phan Trung Kiên 62

Ví

dụ

cache trên các bộ

xử

lý Intel

80386: không có

cache trên chip

80486: •

8KB, kích thước Line: 16 byte•

ánh xạ

liên kết tập hợp 4 đường

Pentium: có

hai cache L1 trên chip•

Cache lệnh: 8KB, cache dữ

liệu: 8KB:

Petium 4: cache L1 (2 loại) và

L2 trên chip:•

Cache L1: +

Mỗi cache: 8KB, kích thước Line: 64 byte

+

Ánh xạ

liên kết tập hợp 4 đường•

Cache L2: +

256KB, kích thước Line: 128 byte

+

Ánh xạ

liên kết tập hợp 8 đường

Phan Trung Kiên 63

Bộ

nhớ

ngoài

Đĩa từ

RAID

Đĩa quang

Flash disk

Băng từ

Phan Trung Kiên 64

Các đặc tính của đĩa từ

Đầu từ

cố định hay chuyển động

Đĩa cố định hay thay đổi

Một mặt hay hai mặt

Một hay nhiều đĩa

Cơ chế đầu từ•

Tiếp xúc (đĩa mềm)

•

Không tiếp xúc: +

Khe cố định+ Khe thay đổi

Phan Trung Kiên 65

Mặt đĩa

Phan Trung Kiên 66

Khuôn dạng của một rãnh (track)

Gap1 ID Gap2 DataGap3Gap1 ID Gap2 DataGap3

TrackSyncByte Head Sector CRC Sync

ByteData CRC

Byte 1 2 1 1 2 1 512 2

Sector 0 Sector 1

Byte 17 7 41 515 20 17 7 41 515 20

Phan Trung Kiên 67

Nhiều đĩa

Phan Trung Kiên 68

Cylinders

Phan Trung Kiên 69

Tốc độ đĩa

Thời gian truy nhập

= t/g tìm kiếm + t/g trễ

Tốc độ

truyền

Thời gian tìm kiếm•

Di chuyển đầu từ đến đúng rãnh

Thời gian trễ•

Chờ đến khi dữ

liệu nằm ngay dưới đầu từ

Phan Trung Kiên 70

Đĩa mềm

8”, 5.25”, 3.5”

Tốc độ

chậm

Thông dụng

Dung lượng nhỏ•

Chỉ

tới 1.44MB

(loại 2.88 MB không phổ

dụng)

Rẻ

tiền

Tương lai có

thể

không dùng nữa?

Phan Trung Kiên 71

Đĩa mềm

Ổ đĩa mềm

Phan Trung Kiên 72

Đĩa cứng

Do IBM phát triển

Một hoặc nhiều đĩa

Thông dụng

Dung lượng tăng rất nhanh•

2003: 20 GB, 30 GB, 40 GB

•

2004: > 300 GB

Tốc độ đọc/ghi nhanh

Giá

thành rẻ

Phan Trung Kiên 73

Đĩa cứng

ĐĩaTrục quay

Cần mang đầu từCơ cấu chuyển động

đầu từ

Cáp dữ

liệu(SCSI hoặc EIDE)

Điện

Đầu từ

Phan Trung Kiên 74

RAID

Redundant Array of Independent Disks

Có

7 loại RAID (RAID 0

RAID 6)

Không phân cấp RAID

Tập hợp nhiều đĩa vật lý được HĐH coi như một đĩa (logic) duy nhất

Dữ

liệu được phân bố

trên nhiều đĩa vật lý

khác nhau

Dung lượng RAID lên tới hàng nghìn GB

Do dung lượng lớn

cần có

một phần

đĩa dùng để lưu trữ

thông tin an toàn

Phan Trung Kiên 75

RAID 0

Không có

phần dư thừa (thông tin an toàn)

Dữ

liệu được chứa trong các strip

Tăng tốc độ:•

Dữ

liệu không chứa trên cùng một đĩa

•

Các đĩa tìm kiếm theo cơ chế

song song

Phan Trung Kiên 76

ánh xạ

dữ

liệu đối với RAID 0

Phan Trung Kiên 77

RAID 1

Dùng kỹ

thuật mirroring (n + n đĩa)

Dữ

liệu được chứa trong các strip, được nhân

thành 2 bản

chứa trên 2 đĩa khác nhau

Khi đọc: bất kỳ

bản nào; Khi ghi: ghi vào cả

hai

bản

Khi bị

lỗi: đọc từ

bản kia và

nhân bản lại

Giá

thành đắt

Phan Trung Kiên 78

RAID 2

Dùng (n + m) đĩa: n đĩa dữ

liệu, m đĩa mã Hamming

Các strip rất bé: khoảng 1 hoặc 2 byte

Việc sửa lỗi được tính dựa theo các bit tương ứng trên các đĩa

Nhiều đĩa chứa mã Hamming để

sửa lỗi ở

các vị

trí tương ứng

Nhiều phần dư thừa: đắt; không phổ

dụng

Phan Trung Kiên 79

RAID 3

Tương tự RAID 2, nhưng phần thông tin an toàn chỉ dùng 1 đĩa

Chỉ

dùng 1 bit parity

cho tập các bit dữ

liệu tương ứng

Dữ

liệu bị

lỗi được khôi phục lại nhờ

phần dữ

liệu “còn sống”

và

thông tin parity:

1 + 3 + 8 + ?

= 20 ?

= 7

Tốc độ

truyền dữ

liệu nhanh

Phan Trung Kiên 80

RAID 4

Mỗi đĩa hoạt động độc lập

Thích hợp với truyền dữ

liệu tốc độ

cao

Strip lớn

Bit parity được tính toán dựa vào các strip trên mỗi đĩa

Parity được lưu trữ trên đĩa parity theo từng khối

Phan Trung Kiên 81

RAID 5

Tương tự RAID 4, nhưng parity được phân bố đều trên các đĩa

tránh được

tắc nghẽn trên đĩa parity.

Thường được dùng trong các server mạng

Phan Trung Kiên 82

RAID 6

Dùng (n + 2) đĩa

Dùng 2 khối parity

Hai khối parity được lưu trữ

riêng biệt trên

các đĩa khác nhau

Phan Trung Kiên 83

Đĩa quang CD-ROM

Dung lượng thông dụng: 650MB 700MB

Chất dẻo được phủ một lớp

polycarbonate, bên dưới tráng lớp có

khả năng phản xạ cao, thường là

nhôm

Dữ

liệu được lưu trữ

nhờ

các hốc (pit) và phần bằng (land)

Đọc dữ

liệu dựa vào sự

phản xạ

tia laser

Phan Trung Kiên 84

Hoạt động của đĩa CD

Nh·n ®Üa

TÇng b¶o vÖ (axit acrylic)

TÇng ph¶n x¹ (nh«m)

Líp polycarbonate (plastic)

§Üa CD-ROM, dung l−îng 682 MB

C¸c tiªu ®iÓm laser trªn c¸c hècpolycarbonate ë phÝa tr−íc tÇng ph¶n x¹

Axit acrylic b¶o vÖ

PolycarbonateHèc

PhÇnb»ng Nh«m

Göi/nhËn tia laser

Phan Trung Kiên 85

Vận tốc đĩa CD-ROM

Đĩa nhạc có

vận tốc đơn•

Kiểu đọc: vận tốc tuyến tính không đổi (CLV

-

Constant Linier Velocity)•

1,2 m/s

•

Rãnh (xoáy ốc) dài khoảng 5,27 km•

Thời gian đọc cần 4391giây = 73,2 phút

•

Tốc độ đọc cơ sở: 150Kb/s

Các tốc độ

khác là

bội số, ví

dụ: 48x, 52x,

...

Phan Trung Kiên 86

Khuôn dạng CD-ROM

Mode 0: trường dữ

liệu trống

Mode 1: 2048 byte dữ

liệu + sửa lỗi

Mode 2: 2336 byte dữ

liệu

Phan Trung Kiên 87

Các bộ

nhớ

quang khác

CD-R (CD Recordable)•

WORM

•

Tương thích với ổ đĩa CD-ROM

CD-RW (CD ReWriteable)•

Có

thể

xóa được

•

Không đắt•

Hầu hết tương thích với ổ đĩa CD-ROM

•

Thay đổi pha Dùng vật liệu có

hai hệ

số

phản xạ

khác

nhau thuộc hai pha khác nhau

Phan Trung Kiên 88

Các bộ

nhớ

quang khác

DVD•

Digital Video Disk: chỉ

dùng trên ổ đĩa xem video

•

Digital Versatile Disk: dùng trên ổ

máy tính•

Ghi một hoặc hai mặt

•

Nhiều lớp trên một mặt•

Dung lượng: 4,7 GB trên một lớp

Líp polycarbonate, mÆt 2

Líp polycarbonate, mÆt 1

TÇng b¸n ph¶n x¹, mÆt 2

TÇng b¸n ph¶n x¹, mÆt 1

TÇng polycarbonate, mÆt 2

TÇng polycarbonate, mÆt 1

TÇng ph¶n x¹ hoµn toµn, mÆt 2TÇng ph¶n x¹ hoµn toµn, mÆt 1

C¸c tiªu ®iÓm trªn c¸c hèc cñamét tÇng (cña mét mÆt). §Üaph¶i ®−îc lËt ®Ó ®äc mÆt kia

§Üa DVD, hai mÆt, hai tÇng, dung l−îng: 17 GB

Phan Trung Kiên 89

Flash disk

Kết nối qua cổng USB

Không phải dạng đĩa

Bộ

nhớ

bán dẫn cực nhanh (flash memory)

Dung lượng tăng nhanh

Thuận tiện

Phan Trung Kiên 90

Băng từ

Băng từ•

Truy nhập tuần tự

•

Tốc độ

chậm•

Giá

thành rất rẻ

•

Dùng để lưu trữ

và

backup

Băng audio số

(DAT)

•

Được dùng với đầu từ quay (như đầu từ video)•

Dung lượng tương đối lớn 4 GB không nén 8 GB nén

•

Dùng để

backup PC, server mạng

Phan Trung Kiên 91

Hệ

thống nhớ

trên PC hiện nay

Bộ

nhớ

cache: tích hợp trên chip vi xử

lý

Bộ

nhớ

chính: tồn tại dưới dạng các mô-

đun nhớ

RAM•

SIMM –

Single Inline Memory Module

30 chân: 8 đường dữ

liệu72 chân: 32 đường dữ

liệu

•

DIMM -

Dual Inline Memory Module168 chân: 64 đường dữ

liệu

•

RIMM –

Rambus DRAM

Phan Trung Kiên 92

Hệ

thống nhớ

trên PC (tiếp)

ROM BIOS chứa các chương trình sau:•

Chương trình POST (Power On Self Test)

•

Chương trình CMOS Setup•

Chương trình Bootstrap loader

•

Các trình điều khiển vào-ra cơ bản (BIOS)

CMOS RAM:•

Cấu hình hệ

thống

•

Đồng hồ

hệ

thống•

Có

pin nuôi riêng

Video RAM: quản lý thông tin của màn hình

Các loại bộ

nhớ

ngoài

Phan Trung Kiên 93

Kiến trúc máy tính

HẾT CHƯƠNG 5

Phan Trung Kiên 94

Câu hỏi

Câu 1: Mô tả

hoạt động của kỹ

thuật ánh xạ

trực tiếp

Câu 2: Mô tả


thuật ánh xạ


Câu 3: Mô tả


thuật ánh xạ


Phan Trung Kiên 95

Bài tập

Bài 1: Cho IC nhớ

có dung lượng 8K x 8 bit.

Hãy thiết kế

modul nhớ



có dung lượng 4K x 16 bit. Hãy thiết kế

modul nhớ

có dung lượng 16K x 16

bit.



Hãy thiết kế

modul nhớ



có dung lượng 8K x 4 bit. Chỉ dùng Bộ

giải mã 2:4, hãy thiết kế

modul nhớ

có

dung lượng 16K x 4 bit.

Phan Trung Kiên 96

Bài tập


có dung lượng 4K x 8 bit. Chỉ

dùng Bộ

giải mã 3: 8, hãy thiết kế

modul nhớ




bit. Chỉ

dung Bộ

giải mã 3:8, hãy thiết kế modul nhớ




dùng Bộ


modul nhớ

có dung lượng 32K x 8bit.

Phan Trung Kiên 97

Bài tập



dùng Bộ


modul nhớ




bit. Chỉ

dùng Bộ

giải mã 2:4, hãy thiết kế modul nhớ


ktmt chuong 5

Technology