Bài giảng Hệ thống máy tính: Chương 2.2 Tổ chức bộ nhớ máy tính, cung cấp cho người học những kiến thức như: Tổng quan về hệ thống bộ nhớ; Bộ nhớ bán dẫn; Bộ nhớ chính; Bộ nhớ cache; Bộ nhớ ngoài; Bộ nhớ ảo; Hệ thống nhớ trên máy tính cá nhân. Mời các bạn cùng tham khảo!
Chap2: TỔ CHỨC BỘ NHỚ MÁY TÍNH (memory organization) GV: TS Trần Thị Minh Khoa Tổng quan hệ thống nhớ Bộ nhớ bán dẫn Bộ nhớ Bộ nhớ cache Bộ nhớ Bộ nhớ ảo Hệ thống nhớ máy tính cá nhân He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Nguyên tắc chung cache Nguyên lý cục hoá tham chiếu nhớ: Trong khoảng thời gian đủ nhỏ CPU thường tham chiếu thông tin khối nhớ cục Ví dụ: Cấu trúc chương trình Vịng lặp có thân nhỏ Cấu trúc liệu mảng He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Nguyên tắc chung cache Cache có tốc độ nhanh nhớ Cache đặt CPU BNC nhằm tang tốc đọ CPU truy cập nhớ Cache đặt chip CPU He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Ví dụ thao tác cache CPU yêu cầu nội dung ngăn nhớ CPU kiểm tra cache với liệu Nếu có, CPU nhận liệu từ cache (nhanh) Nếu khơng có, đọc Block nhớ chứa liệu từ nhớ vào cache Tiếp chuyển liệu từ cache vào CPU He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Cấu trúc chung cache / nhớ He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Cấu trúc chung cache / nhớ Bộ nhớ có 2N byte nhớ BNC cache chia thành khối có kích thước BNC: B0, B1, B2, …, Bp-1 (p Blocks) BN cache: L0, L1, L2, …, Lm-1 (m Lines) Kích thước Block = 8, 16, 32, 64, 128 bytes He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Cấu trúc chung cache / nhớ Một số Block nhớ nạp vào Line cache Nội dung Tag (thẻ nhớ) cho biết Block nhớ chứa Line Khi CPU truy nhập (đọc/ghi) từ nhớ, có hai khả xảy ra: Từ nhớ có cache (cache hit) Từ nhớ khơng có cache (cache miss) He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Các phương pháp ánh xạ Ánh xạ trực tiếp (Direct mapping) Ánh xạ liên kết toàn phần (Fully associative mapping) Ánh xạ liên kết tập hợp (Set associative mapping) He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Ánh xạ trực tiếp Mỗi block BNC nạp vào line cache: Tổng quát 10 B0 L0 B1 L1 … Bm-1 Lm-1 Bm L0 Bm+1 L1 Bj nạp vào Lj mod m m số line cache He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Minh hoạ ánh xạ trực tiếp 11 He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Đặc điểm ánh xạ trực tiếp Mỗi địa N bit nhớ gồm trường: 12 Trường WORD gồm W bit xác định từ nhớ Block hay Line 2W = kích thước Block hay Line Trường LINE gồm L bit xác định số Line cache: 2L = số Line cache = m Trường TAG gồm T bit T = N – (W+L) Bộ so sánh đơn giản Xác suất cache hit thấp He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Ánh xạ liên kết toàn phần Mỗi Block nạp vào Line cache Địa nhớ bao gồm trường 13 Trường WORD giống trường hợp ánh xạ trực tiếp Trường TAG dùng để xác định Block nhớ TAG xác định Block nằm Line He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Minh hoạ ánh xạ liên kết toàn phần 14 He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Đặc điểm ánh xạ liên kết toàn phần 15 So sánh đồng thời với tất Tag nhiều thời gian Xác suất cache hit cao Bộ so sánh phức tạp He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Ánh xạ liên kết tập hợp Cache chia thành Tập (set) Mỗi Set chứa số Line Ví dụ Ánh xạ theo nguyên tắc sau: 16 Line/Set cách ánh xạ liên kết tập hợp B0 S0 B1 S1 B2 S2 … He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Minh hoạ ánh xạ liên kết tập hợp 17 He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Đặc điểm ánh xạ liên kết tập hợp 18 Kích thước Block = 2W Word Trường Set có S bit dùng để xác định số V = 2S Set Trường Tag có T bit: T = N – (W+S) Tổng quát cho phương pháp Thông thường 2, 4, 8, 16 Lines/Set He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Ví dụ Ánh xạ địa Khơng gian địa nhớ = 4GB Dung lượng nhớ cache 256KB Kích thước Line (Block) = 32 bytes Xác định số bit trường địa cho trường hợp tổ chức: 19 Ánh xạ trực tiếp Ánh xạ liên kết toàn phần Ánh xạ liên kết tập hợp đường He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Với ánh xạ trực tiếp Bộ nhớ = 4GB = 232 byte N = 32 bit Cache = 256KB = 218 byte Line = 32byte = 25 byte W = bit Số Line Cache = 218 / 25 = 213 Line L = 13 bit T = 32 – (13+5) = 14 bit Tag 14 bit 20 Line 13 bit Word bit He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Với ánh xạ liên kết tồn phần Bộ nhớ = 4GB = 232 byte N = 32 bit Line = 32byte = 25 byte W = bit Số bít trường Tag là: T = 32 – = 27 bit Tag 27 bit 21 Word bit He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Với ánh xạ liên kết tập hợp đường Bộ nhớ = 4GB = 232 byte N = 32 bit Line = 32byte = 25 byte W = bit Số Line Cache = 218 / 25 = 213 Line Một Set có Line = 22 line Số Set cache = 213 / 22 = 211 Set S = 11 bit T = 32 – (11+5) = 16 bit Tag 16 bit 22 Set 11 bit Word bit He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Xác định số dịng cache lưu block có địa sau: 3FE9704Ah Giải: 3FE9704Ah = 0011 1111 1110 1001 0111 0000 0100 1010 b Tag Line Word Size 14 bit 13 bit bit Hệ 0011 1111 1110 10 01 0111 0000 010 1010 Hệ 10 4090 2946 10 23 He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn ...1 Tổng quan hệ thống nhớ Bộ nhớ bán dẫn Bộ nhớ Bộ nhớ cache Bộ nhớ ngồi Bộ nhớ ảo Hệ thống nhớ máy tính cá nhân He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach... L1 Bj nạp vào Lj mod m m số line cache He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Minh hoạ ánh xạ trực tiếp 11 He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Đặc điểm ánh... Block nhớ TAG xác định Block nằm Line He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Minh hoạ ánh xạ liên kết toàn phần 14 He thong may tinh - ttmkhoa@iuh.edu.vn Bộ nhớ đệm nhanh (Cach Memory) Đặc điểm