Bộ nhớ cache trong máy tính được tổ chức theo nguyên lý như thế nào, hãy giải thích cách tổ chức và hoạt động đọc của bộ nhớ cache

1 Bộ nhớ Cache máy tính tổ chức theo nguyên lý nào, giải thích cách tổ chức hoạt động đọc nhớ Cache ? -Bộ nhớ cache thành phần hệ thống nhớ phân cấp, nên vai trò cache tương tự vai trò cấu trúc phân cấp hệ thống nhớ: tăng hiệu hệ thống vào giảm giá thành sản xuất Sở dĩ cache giúp tăng hiệu hệ thống nhờ cache có khả dung hồ CPU có tốc độ cao nhớ có tốc độ thấp làm cho thời gian trung bình CPU truy nhập liệu từ nhớ tiệm cận thời gian truy nhập cache Ngồi ra, cache loại nhớ “thơng minh” có khả đoán chuẩn bị trước liệu cần thiết cho CPU xử lý nên xác xuất CPU phải trực tiếp truy nhập liệu từ nhớ thấp điều giúp làm giảm thời gian trung bình CPU truy nhập liệu từ nhớ - Tuy cache có giá thành đơn vị nhớ cao nhớ chính, tổng dung lượng cache thường nhỏ nên cache không làm tăng giá thành hệ thống nhớ mức Nhờ vậy, cache hoàn toàn phù hợp với cấu trúc phân cấp giúp làm giảm giá thành sản xuất tương quan với tốc độ hệ thống nhớ Có thể kết luận rằng, hai hệ thống nhớ có giá thành, hệ thống nhớ có cache có tốc độ truy cập nhanh hơn; hai hệ thống nhớ có tốc độ, hệ thống nhớ có cache có giá thành rẻ -Việc trao đổi thông tin CPU – cache cache – nhớ vấn đề có ảnh hưởng lớn đến hiệu cache Câu hỏi đặt cần có sách trao đổi hay đọc ghi thông tin thành phần để đạt hệ số hit cao giảm thiểu miss Xét trường hợp đọc thơng tin trường hợp hit (mẩu tin cần đọc có cache): mẩu tin đọc từ cache vào CPU nhớ khơng tham gia Như thời gian CPU truy nhập mẩu tin thời gian CPU truy nhập cache Ngược lại, đọc thơng tin trường hợp miss (mẩu tin cần đọc khơng có cache): mẩu tin trước hết chuyển từ nhớ vào cache, sau đọc từ cache vào CPU Đây trường hợp xấu nhất: thời gian CPU truy nhập mẩu tin thời gian truy nhập cache cộng với thời gian cache truy nhập nhớ – cịn gọi miss penalty (gấp đôi thời gian truy cập đốn trượt) Trình bày chức nhớ máy tính Bộ nhớ dùng cho máy tính phân loại ? -Bộ nhớ máy tính bao gồm hình thức, phương thức để lưu trữ liệu máy tính cách lâu dài (khi kết thúc phiên làm việc máy tính liệu khơng bị đi), lưu liệu tạm thời trình làm việc máy tính (khi kết thúc phiên làm việc máy tính nhớ bị hết liệu) -Bộ nhớ máy tính gồm nhiều thành phần với tốc độ truy cập và dung lượng khác kết hợp với tạo thành hệ thống nhớ Có nhiều cách phân loại nhớ máy tính Tựu chung, chia nhớ máy tính dựa ba tiêu chí: (1) kiểu truy cập, (2) khả trì liệu (3) cơng nghệ chế tạo -Dựa kiểu truy cập, chia nhớ máy tính thành ba loại: Bộ nhớ truy cập (Serial Access Memory - SAM), nhớ truy nhập ngẫu nhiên (Random Access Memory - RAM), nhớ đọc (Read Only Memory - ROM) Trong nhớ truy cập tuần tự, ô nhớ truy cập cách tuần tự, có nghĩa muốn truy cập đến ô nhớ sau phải duyệt qua ô nhớ trước Tốc độ truy cập nhớ có vị trí khác khơng giống Ngược lại, nhớ truy nhập ngẫu nhiên, ô nhớ truy cập ngẫu nhiên, khơng theo trật tự định trước Với nhớ đọc, thông tin ghi vào nhớ lần nhờ thiết bị đặc biệt sau đọc -Dựa khả trì liệu, có hai loại nhớ: nhớ ổn định (Non-volatile memory) nhớ không ổn định (Volatile memory) Bộ nhớ ổn định có khả trì liệu kể khơng có nguồn ni Đại diện tiêu biểu cho nhớ ổn định nhớ ROM Ngược lại, thông tin nhớ không ổn định tồn có nguồn ni mất nguồn nuôi Đại diện tiêu biểu cho nhớ không ổn định nhớ RAM -Dựa cơng nghệ chế tạo, có ba loại nhớ: nhớ bán dẫn (Semiconductor memory), nhớ từ tính (Magnetic memory), nhớ quang học (Optical memory) Bộ nhớ bán dẫn chế tạo vật liệu bán dẫn, thường có tốc độ truy cập cao, giá thành đắt Đại diện cho nhớ bán dẫn nhớ ROM RAM Bộ nhớ từ tính nhớ dựa từ tính vật liệu có khả nhiễm từ để lưu trữ đọc / ghi thơng tin Đại diện cho nhớ từ tính loại đĩa từ (đĩa mềm, đĩa cứng) băng từ Bộ nhớ quang học nhớ hoạt động dựa nguyên lý quang – điện Đại diện cho nhớ quang học loại đĩa quang, đĩa CD, DVD, 3, Phân tích chế đường ống lệnh (Pipelining) để tăng tốc độ xử lý lệnh CPU ? -Cơ chế ống lệnh (pipeline) hay gọi chế thực xen kẽ lệnh chương trình phương pháp thực lệnh tiên tiến, cho phép đồng thời thực nhiều lệnh, giảm thời gian trung bình thực lệnh tăng hiệu xử lý lệnh CPU -Việc thực lệnh chia thành số giai đoạn giai đoạn thực thi đơn vị chức khác CPU Nhờ CPU tận dụng tối đa lực xử lý đơn vị chức mình, giảm thời gian chờ cho đơn vị chức -Với chế thực không pipeline, thời điểm có lệnh thực có đơn vị chức CPU làm việc, đơn vị chức khác trạng thái chờ Ngược lại, với chế thực có pipeline, có nhiều lệnh đồng thời thực gối CPU hầu hết đơn vị chức CPU liên tục tham gia vào trình xử lý lệnh Số lượng lệnh xử lý đồng thời số giai đoạn thực lệnh Với giai đoạn thực lệnh, để xử lý lệnh, CPU cần nhịp đồng hồ với chế thực có pipeline, CPU cần đến 25 nhịp đồng hồ để thực lệnh với chế thực không pipeline -Việc lựa chọn số giai đoạn thực lệnh cho phù hợp vấn đề quan trọng chế ống lệnh Về mặt lý thuyết, thời gian thực lệnh trung bình giảm tăng số giai đoạn thực lệnh Cho đến nay, khơng có câu trả lời xác số giai đoạn thực lệnh tối ưu mà phụ thuộc nhiều vào thiết kế CPU Với CPU cũ (họ Intel 80x86 tương đương) số giai đoạn đến Với CPU Intel Pentium III Pentium M, Core Duo, Core Duo số giai đoạn khoảng 10 đến 15 Riêng họ Intel Pentium IV có số giai đoạn vào khoảng 20 cá biệt phiên Intel Pentium IV Prescott chia việc thực lệnh thành 31 giai đoạn 4,Hãy vẽ sơ đồ phân tích khối chức máy tính IBM-PC ? 5, Phân tích vai trị ROM BIOS máy vi tính IBPPC ? 6,Các chức CPU Một số CPU thơng dụng cho máy tính ... liệu máy tính cách lâu dài (khi kết thúc phiên làm việc máy tính liệu khơng bị đi), lưu liệu tạm thời trình làm việc máy tính (khi kết thúc phiên làm việc máy tính nhớ bị hết liệu) -Bộ nhớ máy tính. .. thời gian cache truy nhập nhớ – cịn gọi miss penalty (gấp đôi thời gian truy cập đốn trượt) Trình bày chức nhớ máy tính Bộ nhớ dùng cho máy tính phân loại ? -Bộ nhớ máy tính bao gồm hình thức,... diện cho nhớ bán dẫn nhớ ROM RAM Bộ nhớ từ tính nhớ dựa từ tính vật liệu có khả nhiễm từ để lưu trữ đọc / ghi thơng tin Đại diện cho nhớ từ tính loại đĩa từ (đĩa mềm, đĩa cứng) băng từ Bộ nhớ quang