Chương 3: Hệ thống nhớ máy tính

Chia sẻ: Nguyễn Tất Hào | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:106

Thêm vào BST

Báo xấu

724
lượt xem 76
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 3: Hệ thống nhớ máy tính

KiÕn tróc m¸y tÝnh Ch¬ng 3- Hệ thống nhớ máy tính thuhienktv@gmail.com 1
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. 2
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. 3
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. 4
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). 5
2. C¸c ®Æc trng cña hÖ thèng nhí  VÞ trÝ (location) „ Bªn trong Bé xö lý: TËp c¸c thanh ghi, cache „ Bé nhí trong: Bé nhí chÝnh Bé nhí cache „ Bé nhí ngoµi: C¸c thiÕt bÞ nhí, §Üa tõ, b¨ng tõ §Üa quang  Dung lîng (capacity) „ §é dµi tõ nhí (®¬n vÞ lµ bit)- KÝch thíc trªn 1 ®¬n vÞ lu tr÷. „ Sè lîng tõ nhí- Dung lîng bé nhí 6
C¸c ®Æc trng cña hÖ thèng nhí  §¬n vÞ truyÒn (unit of transfer) „ TruyÒn theo tõ nhí- TruyÒn tuÇn tù tõng Word „ TruyÒn theo khèi nhí- TruyÒn 1 khèi gåm n Word  HiÖu n¨ng „ Thêi gian truy cËp. „ Chu kú truy xuÊt bé nhí. „ Tèc ®é truyÒn. 7
C¸c ®Æc trng cña hÖ thèng nhí  Ph¬ng ph¸p truy nhËp (access method) „ Truy nhËp tuÇn tù (b¨ng tõ)- §Ó ®Õn ®îc ®iÓm n ®Çu tõ ph¶i duyÖt qua n-1 vÞ trÝ tríc. „ Truy nhËp trùc tiÕp (®Üa tõ, ®Üa quang)- §Çu tõ di chuyÓn trùc tiÕp ®Õn vÞ trÝ cÇn ®äc. „ Truy nhËp ngÉu nhiªn (bé nhí trong)- « nhí cÇn ®äc sÏ ®îc gi¶i m· ®Ó lÊy th«ng tin ngay lËp tøc. „ Truy nhËp liªn kÕt (bé nhí cache)- Truy cËp th«ng qua b¶n sao cña « nhí cÇn ®äc. 8
C¸c ®Æc trng cña hÖ thèng nhí  KiÓu vËt lý cña bé nhí (physical type) „ Bé nhí b¸n dÉn- Lu tr÷ b»ng ®iÖn „ Bé nhí tõ- Lu tr÷ dïng tõ tÝnh. „ Bé nhí quang: Lu tr÷ sö dông c«ng nghÖ Laze  C¸c ®Æc trng vËt lý (physical characteristics) „ Bé nhí kh¶ biÕn / kh«ng kh¶ biÕn „ Bé nhí xãa ®îc / kh«ng xãa ®îc 9
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 10 xây dựng hệ thống nhớ 5 cấp như sau:
3. M« h×nh ph©n cÊp hÖ thèng nhí Upper Level Capacity Access Time Staging Cost Xfer Unit faster CPU Registers Registers 100s Bytes 1s ns prog./compiler Instr. Operands 1-8 bytes Cache K Bytes Cache 4 ns 1-0.1 cents/bit cache cntl Blocks 8-128 bytes Main Memory M Bytes Memory 100ns- 300ns $.0001-.00001 cents /bit OS Pages 512-4K bytes Disk G Bytes, 10 ms (10,000,000 ns) Disk 10 - 10 cents/bit -6 -5 user/operator Files Mbytes Larger Tape infinite Tape Lower Level sec-min 10 -8 11
3. M« h×nh ph©n cÊp hÖ thèng nhí Cấp 0: Tập các thanh ghi nằm trong bộ vi xử lý. Thanh ghi là bộ nhớ kiểu SRAM nên tác động nhanh và thông tin ổn định. Đây là thành phần nhớ có tốc độ trao đổi dữ liệu nhanh nhất trong hệ thống vì nó gần ALU và CU. Tuy nhiên nó có dung lượng nhỏ. 12
3. M« h×nh ph©n cÊp hÖ thèng nhí Cấp 1: Primary cache (cache sơ cấp): Là bộ nhớ có tốc độ trao đổi dữ liệu rất nhanh (nhỏ hơn thanh ghi), có dung lượng nhỏ và được đặt trong bộ vi xử lý, nhưng cũng có thể nằm ngoài bộ vi xử lý. Trong các bộ vi xử lý tiên tiến, bộ nhớ cache thường được tách (chia) làm 2 với mục đích tránh xung đột trong xử lý song song (đại diện là pipeline) là Icache: dành cho lệnh và Dcache: dành cho dữ liệu. 13
3. M« h×nh ph©n cÊp hÖ thèng nhí Cấp 2: Secondary cache (cache thứ cấp): Cũng giống như Primary cache, nhưng loại này nằm ngoài bộ vi xử lý. Nó chỉ có khi có Primary cache (ngược lại, nó chính là Primary cache). Dung lượng của Secondary cache thường lớn hơn Primary cache và nhỏ hơn bộ nhớ. 14
3. M« h×nh ph©n cÊp hÖ thèng nhí Cấp 3: Main Memory (Bộ nhớ chính): Chứa chương trình và dữ liệu đang hoạt động. BN này được BVXL đánh địa chỉ trực tiếp và quản lý thông qua địa chỉ đó. Một phần của chương trình đang được thi hành có thể nằm trong cache (lệnh và dữ liệu) nhằm tăng tốc độ hoạt động của hệ thống. Dung lượng của BN chính thường lớn hơn rất nhiều lần dung lượng BN cache. Như đã biết, trong các hệ thống máy tính hiện đại ngày nay thì BNC thường là DRAM. 15
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 lượng rất lớn nhưng tốc độ trao đổi dữ liệu chậm. Bộ nhớ này để lưu trữ chương trình và dữ liệu một cách lâu dài, cho nhiều người sử dụng (ghi/đọc, mất nguồn điện vẫn còn thông tin). Đại diện cho các bộ nhớ loại này đó chính là các ổ đĩa cứng, mềm CD ROM, CD – WOM, CD WR, băng từ, … 16
3. M« h×nh ph©n cÊp hÖ thèng nhí Bé xö lý Bé TËp Bé Cache Cache nhí thanh nhí L1 L2 chÝnh ghi ngoµi Tõ tr¸i sang ph¶i: „ Dung lîng t¨ng dÇn „ Tèc ®é trao ®æi d÷ liÖu gi¶m dÇn „ Gi¸ thµnh /1 bit gi¶m dÇn „ TÇn suÊt BXL truy nhËp gi¶m dÇn „ Møc tr¸i chøa mét phÇn d÷ liÖu cña møc ph¶i 17
4. Bé nhí b¸n dÉn  Ph©n lo¹i  Tæ chøc chip nhí b¸n dÉn  ThiÕt kÕ c¸c modul nhí b¸n dÉn  Bµi tËp 18
Bé nhí b¸n dÉn TÝnh KiÓu bé nhí Tiªu chuÈn Kh¶ n¨ng xãa C¬ chÕ ghi thay ®æi Read Only Memory Bé nhí Kh«ng MÆt n¹ (ROM) chØ ®äc xãa ®îc Programmable ROM (PROM) B»ng tia cùc tÝm, Erasable PROM Kh«ng c¶ chip Bé nhí (EPROM) kh¶ biÕn hÇu nh B»ng ®iÖn, Electrically Erasable PROM chØ ®äc (EEPROM) møc tõng byte B»ng ®iÖn B»ng ®iÖn, Flash memory Bé nhí tõng khèi ®äc - ghi B»ng ®iÖn, Kh¶ biÕn Random Access Memory (RAM) tõng byte 19
ROM (Read Only Memory)  Lµ lo¹i bé nhí kh«ng kh¶ biÕn  Lu tr÷ c¸c th«ng tin: „ Th viÖn c¸c ch¬ng tr×nh con „ C¸c ch¬ng tr×nh hÖ thèng (BIOS) „ C¸c b¶ng chøc n¨ng „ Vi ch¬ng tr×nh 20