Msc mc lc MC LC

Msc Võ Vĕn Chín ThS Nguy n H ng Vân KS Ph m H u Tài Giáo trình KI N TRÚC MÁY TÍNH Đ c biên so n khn kh d án ASVIET002CNTT ”Tĕng c ng hi u qu đào t o nĕng l c t đào t o c a sinh viên khoa Công ngh Thông tin - Đ i h c C n th ” Đ i học C n Th - 12/2003 M cl c Ki n trúc máy tính M CL C ***** M C L C GI I THI U T NG QUAN GIÁO TRÌNH KI N TRÚC MÁY TÍNH .5 M C ĐÍCH YÊU C U N I DUNG KI N TH C TIÊN QUY T TÀI LI U THAM KH O PH NG PHÁP H C T P CH NG I: Đ I C NG .7 I.1 CÁC TH H MÁY TÍNH .7 a Th h đ u tiên (1946-1957) b Th h th hai (1958-1964) c Th h th ba (1965-1971) d Th h th t (1972-????) e Khuynh h ớng hi n t i I.2 PHÂN LO I MÁY TÍNH I.3 THÀNH QU C A MÁY TÍNH .10 QUI LU T MOORE V S PHÁT TRI N C A MÁY TÍNH 10 I.4- THƠNG TIN VÀ S MÃ HỐ THÔNG TIN 12 I.4.1 - Khái ni m thông tin .12 I.4.2 - L ng thơng tin mã hố thơng tin 13 I.4.3 - Biểu di n số: .13 I.4.4 Số nguyên có d u 16 I.4.5 - Cách biểu di n số với d u ch m đ ng: 17 I.4.6 - Biểu di n số th p phân .19 I.4.7 - Biểu di n ký tự 19 CÂU H I ÔN T P VÀ BÀI T P CH CH NG I 22 NG II: KI N TRÚC PH N M M B X LÝ .23 II.1 - THÀNH PH N C B N C A M T MÁY TÍNH 23 II.2 - Đ NH NGHƾA KI N TRÚC MÁY TÍNH 25 II.3 - CÁC KI U THI HÀNH M T L NH 25 II.4 - KI U KI N TRÚC THANH GHI ĐA D NG 27 II.5 - T P L NH 27 II.5.1 - Gán tr 28 II.5.2 - L nh có điều ki n 29 II.5.3 - Vòng lặp .30 II.5.4 - Thâm nh p b nhớ ngăn x p 31 II.5.5 - Các th t c .31 II.6 - CÁC KI U Đ NH V 33 M cl c Ki n trúc máy tính II.7 - KI U C A TOÁN H NG VÀ CHI U DÀI C A TOÁN H NG 34 II.8 - TÁC V MÀ L NH TH C HI N .34 II.9 - KI N TRÚC RISC ( REDUCED INSTRUCTION SET COMPUTER) 35 II.10 - KI U Đ NH V TRONG CÁC B X LÝ RISC .37 II.10.1 - Kiểu đ nh v ghi 37 II.10.2 - Kiểu đ nh v t c .37 II.10.3 - Kiểu đ nh v trực ti p 38 II.10.4 - Kiểu đ nh v gián ti p ghi + đ dời 38 II.10.5 - Kiểu đ nh v tự tăng .38 II.11 - NGÔN NG C P CAO VÀ NGÔN NG MÁY 39 CÂU H I ÔN T P VÀ BÀI T P CH CH NG III: T CH C B X NG II 41 LÝ 42 III.1 Đ NG ĐI C A D LI U .42 III.2 B ĐI U KHI N 44 III.2.1 B điều khiển m ch n tử 44 III.2.2 B điều khiển vi ch ng trình: 45 III.3 DI N TI N THI HÀNH L NH MÃ MÁY 46 III.4 NG T QUÃNG (INTERRUPT) 47 III.5 K THU T NG D N (PIPELINE) 48 III.6 KHÓ KHĔN TRONG K THU T NG D N 49 III.7 SIÊU NG D N 51 III.8 SIÊU VÔ H NG (SUPERSCALAR) 52 III.9 MÁY TÍNH CĨ L NH TH T DÀI VLIW (VERY LONG INSTRUCTION WORD) 53 III.10 MÁY TÍNH VECT 53 III.11 MÁY TÍNH SONG SONG 53 III.12 KI N TRÚC IA-64 59 a) Đặc tr ng c a ki n trúc IA-64: 59 b) Đ nh d ng l nh ki n trúc IA-64 .60 CÂU H I ÔN T P VÀ BÀI T P CH CH NG IV: CÁC C P B NG III .62 NH .63 IV.1 CÁC LO I B NH 63 IV.2 CÁC C P B NH 65 IV.3 XÁC SU T TRUY C P D LI U TRONG B NH TRONG 66 IV.4 V N HÀNH C A CACHE 67 IV.5 HI U QU C A CACHE 72 IV.6 CACHE DUY NH T HAY CACHE RIÊNG L 73 IV.7 CÁC M C CACHE 73 IV.8 B NH TRONG .74 IV.9 B NH O .75 IV.10 B O V CÁC TI N TRÌNH B NG CÁCH DÙNG B NH O 79 CÂU H I ÔN T P VÀ BÀI T P CH CH NG IV 81 NG V: NH P - XU T 82 M cl c Ki n trúc máy tính V.1 D N NH P 82 V.2 ĐƾA T 82 V.3 ĐƾA QUANG 84 V.4 CÁC LO I TH NH 86 V.5 BĔNG T 86 V.6 BUS N I NGO I VI VÀO B X LÝ VÀ B NH TRONG 87 V.7 CÁC CHU N V BUS 89 V.8 GIAO DI N GI A B X LÝ V I CÁC B PH N VÀO RA 90 V.9 M T S BI N PHÁP AN TOÀN D LI U TRONG VI C L U TR THÔNG TIN TRONG ĐƾA T 91 CÂU H I ÔN T P VÀ BÀI T P CH NG V 95 Gi i thi u t ng quan Ki n trúc máy tính GI I THI U T NG QUAN GIÁO TRÌNH KI N TRÚC MÁY TÍNH M C ĐÍCH Giáo trình nh m trang b cho ng i đọc n i dung ch y u sau: ¾ L ch s phát tri n c a máy tính, th h máy tính cách phân lo i máy tính Cách bi n đ i c b n c a h th ng s , b ng mã thông d ng đ c dùng đ bi u di n ký t ¾ Gi i thi u thành ph n c b n c a m t h th ng máy tính, khái ni m v ki n trúc máy tính, t p l nh Các ki u ki n trúc máy tính: mơ t ki n trúc, ki u đ nh v ¾ Gi i thi u c u trúc c a b x lý trung tâm: t ch c, ch c nĕng nguyên lý ho t đ ng c a b ph n bên b x lý Mô t di n ti n thi hành m t l nh mã máy m t s k thu t x lý thông tin: ng d n, siêu ng d n, siêu vô h ng, máy tính có l nh th t dài, máy tính véc-t , x lý song song ki n trúc IA-64 ¾ Gi i thi u ch c nĕng nguyên lý ho t đ ng c a c p b nh máy tính ¾ Gi i thi u m t s thi t b l u tr nh : đƿa t , đƿa quang, th nh , bĕng t H th ng k t n i c b n b ph n bên máy tính Cách giao ti p gi a ngo i vi b x lý ¾ Ph ng pháp an toàn d li u thi t b l u tr YÊU C U Sau học xong môn học này, ng i học đ c trang b ki n th c v : ¾ Sinh viên đ c trang b ki n th c v l ch s phát tri n c a máy tính, th h máy tính cách phân lo i máy tính N m v ng khái ni m c b n liên quan đ n h th ng s đ c dùng máy tính Thành th o thao tác bi n đ i s gi a h th ng s ¾ Sinh viên có ki n th c v thành ph n c b n c a m t h th ng máy tính, khái ni m v ki n trúc máy tính, t p l nh N m v ng ki n th c v ki u ki n trúc máy tính, ki u đ nh v đ c dùng ki n trúc, lo i chi u dài c a toán h ng, tác v mà máy tính có th th c hi n Phân bi t đ c hai lo i ki n trúc: CISC (Complex Instruction Set Computer), RISC (Reduced Instruction Set Computer) Các ki n th c c b n v ki n trúc RISC, t ng quát t p l nh c a ki n trúc máy tính ¾ Sinh viên ph i n m v ng c u trúc c a b x lý trung tâm di n ti n thi hành m t l nh mã máy, c s đ hi u đ c ho t đ ng x lý l nh k thu t x lý thơng tin máy tính ¾ Sinh viên ph i hi u đ c c p b nh cách th c v n hành c a lo i b nh đ c gi i thi u đ có th đánh giá đ c hi u nĕng ho t đ ng c a lo i b nh ¾ Sinh viên ph i n m v ng ki n th c v h th ng k t n i c b n b ph n bên máy tính, cách giao ti p gi a ngo i vi b x lý Bi t đ c c u t o v n hành c a lo i thi t b l u tr ph ng pháp an toàn d li u đƿa c ng Gi i thi u t ng quan Ki n trúc máy tính N I DUNG NG ¾ Ch ng I: Đ I C L ch s phát tri n c a máy tính, thơng tin s mã hố thơng tin ¾ Ch ng II: KI N TRÚC PH N M M B X LÝ Gi i thi u thành ph n c b n c a m t h th ng máy tính, ki n trúc máy tính, t p l nh ki u đ nh v c b n Khái ni m v ki n trúc RISC CISC, ngôn ng c p cao ngơn ng máy ¾ Ch ng III: T CH C B X LÝ Gi i thi u c u trúc c a b x lý trung tâm: t ch c, ch c nĕng nguyên lý ho t đ ng c a b ph n bên b x lý M t s k thu t x lý thơng tin ¾ Ch ng IV: CÁC C P B NH Gi i thi u ch c nĕng nguyên lý ho t đ ng c a c p b nh máy tính ¾ Ch ng V: NH P - XU T Thi t b ngo i vi: thành ph n h th ng liên k t Ph ng pháp an toàn d li u thi t b l u tr KI N TH C TIÊN QUY T - K THU T S (TH 313) TÀI LI U THAM KH O Ki n trúc máy tính – Võ Văn Chín, Đ i học C n Th , 1997 Computer Architecture: A Quantitative Approach, A Patterson and J Hennesy, Morgan Kaufmann Publishers, 2nd Edition, 1996 Computer Otganization and Architecture: Designing for Performance, Sixth Edtion, William Stallings, Prentice Hall Principles of Computer Architecture, Miles Murdocca and Vincent Heuring (internet- http://iiusaedu.com) Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, Patterson and Hennessy, Second Edition (internet-http://engronline.ee.memphis.edu) PH NG PHÁP H C T P Do giáo trình ch mang tính ch t gi i thi u t ng quát nên ng i đọc c n đọc thêm tài li u gi i thi u v ki n trúc c th c a b x lý Ng i đọc c n tìm hi u thêm hình nh ví d minh ho tài li u liên quan đ th y đ c sâu h n v n đ đ c đ t Ki n trúc máy tính Ch Ch ng I: Đ I C ng I: Đ i c ng NG M c đích: Giới thi u l ch sử phát triển c a máy tính, th h máy tính cách phân lo i máy tính Giới thi u cách bi n đổi c b n c a h thống số, b ng mã thông d ng đ c dùng để biểu di n ký tự Yêu c u: Sinh viên đ c trang b ki n th c l ch sử phát triển c a máy tính, th h máy tính cách phân lo i máy tính Nắm vững khái ni m c b n liên quan đ n h thống số đ c dùng máy tính Thành th o thao tác bi n đổi số h thống số I.1 CÁC TH H MÁY TÍNH S phát tri linh ki n c máy tính n t sau đ c đ c tr n c a máy tính đ c mơ t d a s ti n b c a công ngh ch t o b n c a máy tính nh : b x lý, b nh , ngo i vi,…Ta có th nói s tr i qua b n th h liên ti p Vi c chuy n t th h tr c sang th h ng b ng m t s thay đ i c b n v công ngh a Th h đ u tiên (1946-1957) Hình 1.1: Máy tính ENIAC ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) máy tính n t s đ u tiên Giáo s Mauchly ng i học trò Eckert t i Đ i học Pennsylvania thi t k vào nĕm 1943 đ c hoàn thành vào nĕm 1946 Đây m t máy tính kh ng l v i th tích dài 20 mét, cao 2,8 mét r ng vài mét ENIAC bao g m: 18.000 đèn n t , 1.500 Ki n trúc máy tính Ch ng I: Đ i c ng cơng t c t đ ng, cân n ng 30 t n, tiêu th 140KW gi Nó có 20 ghi 10 bit (tính tốn s th p phân) Có kh nĕng th c hi n 5.000 phép tốn c ng m t giây Cơng vi c l p trình b ng tay b ng cách đ u n i đ u c m n dùng ng t n Giáo s toán học John Von Neumann đ a ý t ng thi t k máy tính IAS (Princeton Institute for Advanced Studies): ch ng trình đ c l u b nh , b u n s l y l nh bi n đ i giá tr c a d li u ph n b nh , b làm toán lu n lý (ALU: Arithmetic And Logic Unit) đ c u n đ tính tốn d li u nh phân, u n ho t đ ng c a thi t b vào Đây m t ý t ng n n t ng cho máy tính hi n đ i ngày Máy tính cịn đ c gọi máy tính Von Neumann Vào nh ng nĕm đ u c a th p niên 50, nh ng máy tính th ng m i đ u tiên đ c đ a th tr ng: 48 h máy UNIVAC I 19 h máy IBM 701 đ c bán b Th h th hai (1958-1964) Công ty Bell phát minh transistor vào nĕm 1947 th h th hai c a máy tính đ c đ c tr ng b ng s thay th đèn n t b ng transistor l ỡng c c Tuy nhiên, đ n cu i th p niên 50, máy tính th ng m i dùng transistor m i xu t hi n th tr ng Kích th c máy tính gi m, r ti n h n, tiêu t n nĕng l ng h n Vào th i m này, m ch in b nh b ng xuy n t đ c dùng Ngôn ng c p cao xu t hi n (nh FORTRAN nĕm 1956, COBOL nĕm 1959, ALGOL nĕm 1960) h u hành ki u tu n t (Batch Processing) đ c dùng Trong h u hành này, ch ng trình c a ng i dùng th nh t đ c ch y, xong đ n ch ng trình c a ng i dùng th hai c th ti p t c c Th h th ba (1965-1971) Th h th ba đ c đánh d u b ng s xu t hi n c a m ch k t (m ch tích h p IC: Integrated Circuit) Các m ch k t đ tích h p m t đ th p (SSI: Small Scale Integration) có th ch a vài ch c linh ki n k t đ tích h p m t đ trung bình (MSI: Medium Scale Integration) ch a hàng trĕm linh ki n m ch tích h p M ch in nhi u l p xu t hi n, b nh bán d n b t đ u thay th b nh b ng xuy n t Máy tính đa ch ng trình h u hành chia th i gian đ c dùng d Th h th t (1972-????) Th h th t đ c đánh d u b ng IC có m t đ tích h p cao (LSI: Large Scale Integration) có th ch a hàng ngàn linh ki n Các IC m t đ tích h p r t cao (VLSI: Very Large Scale Integration) có th ch a h n 10 ngàn linh ki n m ch Hi n nay, chip VLSI ch a hàng tri u linh ki n V i s xu t hi n c a b vi x lý (microprocessor) ch a c ph n th c hi n ph n u n c a m t b x lý, s phát tri n c a công ngh bán d n máy vi tính đ c ch t o kh i đ u cho th h máy tính cá nhân Các b nh bán d n, b nh cache, b nh o đ c dùng r ng rãi Các k thu t c i ti n t c đ x lý c a máy tính khơng ng ng đ c phát tri n: k thu t ng d n, k thu t vô h ng, x lý song song m c đ cao,… e Khuynh h ng hi n t i Vi c chuy n t th h th t sang th h th ch a rõ ràng Ng i Nh t tiên phong ch ng trình nghiên c u đ cho đ i th h th c a Ki n trúc máy tính Ch ng I: Đ i c ng máy tính, th h c a nh ng máy tính thơng minh, d a ngơn ng trí tu nhân t o nh LISP PROLOG, nh ng giao di n ng i - máy thông minh Đ n th i m này, nghiên c u cho s n ph m b c đ u g n nh t (2004) s m t s n ph m ng i máy thông minh g n gi ng v i ng i nh t: ASIMO (Advanced Step Innovative Mobility: B ớc chân tiên ti n c a đổi chuyển đ ng) V i hàng trĕm nghìn máy móc n t t i tân đ t c th , ASIMO có th lên/xu ng c u thang m t cách uy n chuy n, nh n di n ng i, c ch hành đ ng, giọng nói đáp ng m t s m nh l nh c a ng i Th m chí, có th b t ch c c đ ng, gọi tên ng i cung c p thông tin sau b n h i, r t g n gũi thân thi n Hi n có nhi u công ty, vi n nghiên c u c a Nh t thuê Asimo ti p khách h ng d n khách tham quan nh : Vi n B o tàng Khoa học nĕng l ng Đ i m i qu c gia, hãng IBM Nh t B n, Công ty n l c Tokyo Hãng Honda b t đ u nghiên c u ASIMO t nĕm 1986 d a vào nguyên lý chuy n đ ng b ng hai chân Cho t i nay, hãng ch t o đ c 50 robot ASIMO Các ti n b liên t c v m t đ tích h p VLSI cho phép th c hi n m ch vi x lý ngày m nh (8 bit, 16 bit, 32 bit 64 bit v i vi c xu t hi n b x lý RISC nĕm 1986 b x lý siêu vơ h ng nĕm 1990) Chính b x lý giúp th c hi n máy tính song song v i t vài b x lý đ n vài ngàn b x lý Đi u làm chuyên gia v ki n trúc máy tính tiên đoán th h th th h máy tính x lý song song Th h Nĕm 19461957 Đèn t 19581964 Transistors Máy tính r ti n Burroughs 6500, NCR, CDC 6600, Honeywell 19651971 Mach IC 50 hãng m i: DEC PDP-11, Data general ,Nova 1972???? LSI - VLSI Máy tính cá Apple II, IBM-PC, Appolo nhân tr m DN 300, Sun làm vi c ?? K thu t S n ph m m i n Máy tính n t tung th tr ng Máy tính mini ????-???? X lý song Máy tính đa x song lý Đa máy tính Hãng s n xu t máy tính IBM 701 UNIVAC Sequent ? Thinking Machine Inc.? Honda, Casio B ng 1.1: Các th h máy tính I.2 PHÂN LO I MÁY TÍNH Thơng th ng máy tính đ c phân lo i theo tính nĕng k thu t giá ti n a Các siêu máy tính (Super Computer): máy tính đ t ti n nh t tính nĕng k thu t cao nh t Giá bán m t siêu máy tính t vài tri u USD Các siêu máy tính th ng máy tính vect hay máy tính dùng k thu t vô h ng đ c thi t k đ tính tốn khoa học, mơ ph ng hi n t ng Các siêu máy tính đ c thi t k v i k Ki n trúc máy tính Ch ng I: Đ i c ng thu t x lý song song v i r t nhi u b x lý (hàng ngàn đ n hàng trĕm ngàn b x lý m t siêu máy tính) b Các máy tính l n (Mainframe) lo i máy tính đa d ng Nó có th dùng cho ng d ng qu n lý nh tính tốn khoa học Dùng k thu t x lý song song có h th ng vào m nh Giá m t máy tính l n có th t vài trĕm ngàn USD đ n hàng tri u USD c Máy tính mini (Minicomputer) lo i máy c trung, giá m t máy tính mini có th t vài ch c USD đ n vài trĕm ngàn USD d Máy vi tính (Microcomputer) lo i máy tính dùng b vi x lý, giá m t máy vi tính có th t vài trĕm USD đ n vài ngàn USD I.3 THÀNH QU C A MÁY TÍNH QUI LU T MOORE V S PHÁT TRI N C A MÁY TÍNH Hình I-2 cho th y di n bi n c a thành qu t i đa c a máy tính Thành qu tĕng theo hàm s mũ, đ tĕng tr ng máy vi tính 35% m i nĕm, đ i v i lo i máy khác, đ tĕng tr ng 20% m i nĕm Đi u cho th y tính nĕng máy vi tính v t qua lo i máy tính khác vào đ u th p niên 90 Super Computers 1000 Mainframes 100 Mini Computers 10 Micro Processor 0.1 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 Hình 1.2: Đánh giá thành qu c a máy tính Máy tính dùng th t nhi u b x lý song song r t thích h p ph i làm tính th t nhi u S tĕng tr ng theo hàm s mũ c a công ngh ch t o transistor MOS ngu n g c c a thành qu máy tính Hình I.4 cho th y s tĕng tr ng v t n s xung nh p c a b x lý MOS Đ tĕng tr ng c a t n s xung nh p b x lý tĕng g p đôi sau m i th h đ trì hỗn m i c ng / xung nh p gi m 25% cho m i nĕm S phát tri n c a cơng ngh máy tính đ c bi t s phát tri n c a b vi x lý c a máy vi tính làm cho máy vi tính có t c đ v t qua t c đ b x lý c a máy tính l n h n 10 Ki n trúc máy tính Ch CÂU H I ÔN T P VÀ BÀI T P CH ***** ng IV: Các c p b nh NG IV S khác gi a SRAM DRAM? Trong máy tính chúng đ c dùng đâu? M c tiêu c a c p b nh ? Nêu hai nguyên t c mà cache d a vào đ v n hành Cho m t b nh cache t ng ng tr c ti p có kh i, m i kh i có 16 byte B nh có 64 kh i Gi s lúc kh i đ ng máy, kh i đ u tiên c a b nh đ c đ a lên cache a Vi t b ng nhãn c a kh i hi n n m cache b CPU l n l t đ a đ a ch sau đ đọc s li u: O4AH, 27CH, 3F5H N u th t b i c p nh t bãng nhãn c CPU dùng cách ghi l i Khi th t b i cache, CPU dùng cách ghi có n p Mơ t cơng vi c c a b qu n lý cache CPU đ a t sau đ ghi vào b nh trong: 0C3H, 05AH, 1C5H Các nguyên nhân gây th t b i cache? Các gi i pháp đ m b o tính đ ng nh t d li u h th ng b đa x lý có b nh chia s dùng chung? Các cách n i r ng dãy thông c a b nh trong? T i ph i dùng b nh o? S khác bi t gi a cache b nh o? 81 Ki n trúc máy tính Ch Ch ng V: Nh p xu t ng V: NH P - XU T M c đích: Giới thi u m t số thi t b l u trữ nh : đĩa từ, đĩa quang, thẻ nhớ, băng từ Giới thi u h thống k t nối c b n b ph n bên máy tính Cách giao ti p ngo i vi b xử lý Ph ng pháp an toàn li u thi t b l u trữ Yêu c u: Sinh viên ph i nắm vững ki n th c h thống k t nối c b n b ph n bên máy tính, cách giao ti p ngo i vi b xử lý Bi t đ c c u t o v n hành c a lo i thi t b l u trữ ph ng pháp an toàn li u đĩa c ng V.1 D N NH P B x lý c a máy tính n t liên h v i bên nh b ph n xu t nh p (I/O) mà ta gọi ngo i vi Các ngo i vi thông d ng là: - Màn hình, bàn phím, chu t, máy in, th m ng nh ng b ph n giúp ng i s d ng máy tính d dàng - Các đƿa t , bĕng t , đƿa quang, lo i th nh nh ng b ph n l u tr thông tin tr l ng l n T t c ngo i vi đ u đ c n i vào b x lý b nh b ng m t h th ng dây n i ph c t p tính đa d ng c a ngo i vi Trong ch ng t p trung nói đ n b ph n l u tr s li u có tr l ng cao (đƿa t , đƿa quang, bĕng t ) s k t n i b ph n vào máy tính V.2 ĐƾA T Dù r ng công ngh m i không ng ng phát minh nhi u lo i b ph n l u tr m t l ng thông tin l n nh ng đƿa t v n gi v trí quan trọng t nĕm 1965 Đƿa t có hai nhi m v máy tính - L u tr dài h n t p tin - Thi t l p m t c p b nh bên d i b nh đ làm b nh o lúc ch y ch ng trình Do đƿa m m d n đ c thi t b l u tr khác có tính nĕng u vi t h n nên không xét đ n thi t b ch ng trình mà ch nói đ n đƿa c ng Trong tài li u mô t m t cách khái quát c u t o, cách v n hành nh đ c p đ n tính ch t quan trọng c a đƿa c ng M t đƿa c ng ch a nhi u l p đƿa (t đ n 4) quay quanh m t tr c kho ng 3.60015.000 vòng m i phút Các l p đƿa đ c làm b ng kim lo i v i hai m t đ c ph m t ch t t tính (hình V.1) Đ ng kính c a đƿa thay đ i t 1,3 inch đ n inch M i m t c a m t l p đƿa đ c chia thành nhi u đ ng tròn đ ng tr c gọi rãnh Thông th ng m i m t c a m t l p đƿa có t 10.000 đ n g n 30.000 rãnh M i rãnh đ c chia thành nhi u cung (sector) dùng ch a thông tin M t rãnh có th ch a t 64 đ n 800 cung Cung đ n v nh nh t mà máy tính có th đọc ho c vi t (thông th ng kho ng 512 bytes) Chu i thông tin ghi m i cung g m có: s th t c a cung, m t kho ng tr ng, s li u c a cung bao g m c mã s a l i, m t kho ng tr ng, s th t c a cung ti p theo 82 Ki n trúc máy tính Ch ng V: Nh p xu t V i k thu t ghi m t đ không đ u, t t c rãnh đ u có m t s cung, u làm cho cung dài h n rãnh xa tr c quay có m t đ ghi thông tin th p h n m t đ ghi cung n m g n tr c quay Hình V.1: C u t o c a m t đĩa c ng V i công ngh ghi v i m t đ đ u, ng i ta cho ghi nhi u thông tin h n rãnh xa tr c quay Công ngh ghi ngày đ c dùng nhi u v i s đ i c a chu n giao di n thông minh nh chu n SCSI M t đ ghi không M t đ ghi Hình V.2: M t đ ghi li u lo i đĩa c ng Đ đọc ho c ghi thông tin vào m t cung, ta dùng m t đ u đọc ghi di đ ng áp vào m i m t c a m i l p đƿa Các đ u đọc/ghi đ c g n ch t vào m t làm cho 83 Ki n trúc máy tính Ch ng V: Nh p xu t chúng di chuy n m t đ ng bán kính c a m i l p đƿa nh th t t c đ u đ u nh ng rãnh có bán kính c a l p đƿa T “tr “ (cylinder) đ c dùng đ gọi t t c rãnh c a l p đƿa có bán kính n m m t hình tr Ng i ta ln mu n đọc nhanh đƿa t nên thông th ng đƿa đọc nhi u h n s d li u c n đọc; ng i ta nói cách đọc tr c Đ qu n lý ph c t p k t n i (ho c ng ng k t n i) lúc đọc (ho c ghi) thông tin, vi c đọc tr c, đƿa c n có b u n đƿa Cơng nghi p ch t o đƿa t t p trung vào vi c nâng cao dung l ng c a đƿa mà đ n v đo l ng m t đ m t đ n v b m t B ng V.1: Thông số kỹ thu t c a đĩa c ng V.3 ĐƾA QUANG Các thi t b l u tr quang r t thích h p cho vi c phát hành s n ph m vĕn hoá, l u d li u h th ng máy tính hi n Ra đ i vào nĕm 1978, s n ph m c a s h p tác nghiên c u gi a hai công ty Sony Philips công nghi p gi i trí T nĕm 1980 đ n nay, cơng nghi p đƿa quang phát tri n m nh c hai lƿnh v c gi i trí l u tr d li u máy tính Q trình đọc thơng tin d a s ph n chi u c a tia laser nĕng l ng th p t l p l u tr d li u B ph n ti p nh n ánh sáng s nh n bi t đ c nh ng m mà t i tia laser b ph n x m nh hay bi n m t v t kh c (pit) b m t đƿa Các tia ph n x m nh ch r ng t i m khơng có l kh c m đ c gọi m n n (land) B nh n ánh sáng đƿa thu nh n tia ph n x khu ch tán đ c khúc x t b m t đƿa Khi ngu n sáng đ c thu nh n, b vi x lý s d ch m u sáng thành bit d li u hay âm Các l CD sâu 0,12 micron r ng 0,6 micron (1 micron b ng m t ph n ngàn mm) Các l đ c kh c theo m t track hình xo n c v i kho ng cách 1,6 micron gi a vòng, kho ng 16.000 track/inch Các l (pit) n n (land) kéo dài kho n 0,9 đ n 3,3 micron Track b t đ u t phía k t thúc phía ngồi theo m t đ ng khép kín rìa đƿa 5mm D li u l u CD thành t ng kh i, m i kh i ch a 2.352 byte Trong đó, 304 byte ch a 84 Ki n trúc máy tính Ch ng V: Nh p xu t thông tin v bit đ ng b , bit nh n d ng (ID), mã s a l i (ECC), mã phát hi n l i (EDC) Còn l i 2.048 byte ch a d li u T c đ đọc chu n c a CD-ROM 75 kh i/s hay 153.600 byte/s hay 150KB/s (1X) D i m t s lo i đƿa quang thông d ng CD (Compact Disk): Đƿa quang khơng th xố đ c, dùng cơng nghi p gi i trí (các đƿa âm đ c s hoá) Chu n đƿa có đ ng kính 12 cm, âm phát t đƿa kho ng 60 phút (không d ng) CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory): Đƿa khơng xố dùng đ ch a d li u máy tính Chu n đƿa có đ ng kính 12 cm, l u tr d li u h n 650 MB Khi phát hành, đƿa CD-ROM có ch a n i dung Thơng th ng, dƿa CD-ROM đ c dùng đ ch a ph n m m ch ng trình u n thi t b CD-R (CD-Recordable): Gi ng nh đƿa CD, đƿa m i ch a có thơng tin, ng i dùng có th ghi d li u lên đƿa m t l n đọc đ c nhi u l n D li u đƿa CD-R khơng th b xố CD-RW (CD-Rewritable): Gi ng nh đƿa CD, đƿa m i ch a có thơng tin, ng i dùng có th ghi d li u lên đƿa, xoá ghi l i d li u đƿa nhi u l n DVD (Digital Video Disk - Digital Versatile Disk): Ra đ i ph c v cho cơng nghi p gi i trí, đƿa ch a hình nh video đ c s hố Ngày nay, DVD đ c s d ng r ng rãi ng d ng cơng ngh thơng tin Kích th c đƿa có hai lo i: 8cm 12 cm Đƿa DVD có th ch a d li u c hai m t đƿa, dung l ng t i đa lên đ n 17GB Các thông s k thu t c a đƿa DVD-ROM (lo i đƿa ch đọc) so v i CD-ROM T c đ đọc chu n (1X) c a DVD 1.3MB/s (1X c a DVD t ng đ ng kho ng 9X c a CDROM) DVD-R (DVD-Recordable): Gi ng nh đƿa DVD-ROM, ng i dùng có th ghi d li u lên đƿa m t l n đọc đ c nhi u l n Đƿa ch có th ghi đ c m t m t đƿa, dung l ng ghi m i m t t i đa 4.7 GB DVD-RW (DVD-Rewritable): Gi ng nh đƿa DVD-ROM, ng i dùng có th ghi, xoá ghi l i d li u lên đƿa nhi u l n Đƿa có th ghi đ c m t m t đƿa, dung l ng ghi m i m t t i đa 4.7 GB B ng V.2: So sánh m t số thông số c a hai lo i đĩa CDROM DVDROM 85 Ki n trúc máy tính Ch ng V: Nh p xu t V i đ c tính c a đƿa quang, giá thành ngày th p, đ c xem nh m t ph ng ti n thích h p đ phân ph i ph n m m cho máy vi tính Ngồi ra, đƿa quang đ c dùng đ l u tr lâu dài d li u thay th cho bĕng t V.4 CÁC LO I THẺ NH Hi n nay, th nh m t nh ng công ngh m i nh t đ c dùng làm thi t b l u tr Th nh flash m t d ng b nh bán d n EEPROM(công ngh dùng đ ch t o chip BIOS v m ch chính), đ c c u t o b i hàng c t M i v trí giao m t nh g m có hai transistor, hai transistor cách b i m t l p ơ-xít m ng M t transistor đ c gọi floating gate transistor l i đ c gọi control gate Floating gate ch có th n i k t v i hàng (word line) thông qua control gate Khi đ ng k t n i đ c thi t l p, bit có giá tr Đ chuy n sang giá tr theo m t qui trình có tên Fowler-Nordheim tunneling T c đ , yêu c u v dòng n cung c p th p đ c bi t v i kích th c nh gọn c a lo i th nh làm cho ki u b nh đ c dùng r ng rãi cơng ngh l u tr gi i trí hi n Hình V.3: Minh ho hai tr ng thái c a m t bit nh thẻ nh V.5 BĔNG T Bĕng t có cơng ngh v i đƿa t nh ng khác đƿa t hai m: - Vi c thâm nh p vào đƿa t ng u nhiên vi c thâm nh p vào bĕng t tu n t Nh v y vi c tìm thơng tin bĕng t m t nhi u th i gian h n vi c tìm thơng tin đƿa t - Đƿa t có dung l ng h n ch cịn bĕng t g m có nhi u cu n bĕng có th l y kh i máy đọc bĕng nên dung l ng c a bĕng t r t l n (hàng trĕm GB) V i chi phí th p, bĕng t v n đ c dùng r ng rãi vi c l u tr d li u d phịng Các bĕng t có chi u r ng thay đ i t 0,38cm đ n 1,27 cm đ c đóng thành cu n đ c ch a m t h p b o v D li u ghi bĕng t có c u trúc g m m t s rãnh song song theo chi u dọc c a bĕng Có hai cách ghi d li u lên bĕng t : Ghi n i ti p: v i k thu t ghi xo n c, d li u ghi n i ti p m t rãnh c a bĕng t , k t thúc m t rãnh, bĕng t s quay ng c l i, đ u t s ghi d li u rãnh m i ti p theo nh ng v i h ng ng c l i Quá trình ghi c ti p di n cho đ n đ y bĕng t Ghi song song: đ tĕng t c đ đọc-ghi d li u bĕng t , đ u đọc - ghi có th đọc-ghi m t s rãnh k đ ng th i D li u v n đ c ghi theo chi u dọc bĕng t nh ng kh i d li u đ c xem nh ghi rãnh k S rãnh ghi đ ng th i bĕng t thông th ng rãnh (8 rãnh d li u - 1byte m t rãnh ki m tra l i) 86 Ki n trúc máy tính Ch V.6 BUS N I NGO I VI VÀO B X LÝ VÀ B NH ng V: Nh p xu t TRONG Trong máy tính, b x lý b nh liên l c v i ngo i vi b ng bus Bus m t h th ng dây cáp n i (kho ng 50 đ n 100 s i cáp riêng bi t) m t nhóm cáp đ c đ nh nghƿa ch c nĕng khác bao g m: đ ng d li u, đ ng đ a ch , dây u n, cung c p ngu n Dùng bus có u m giá ti n th p d thay đ i ngo i vi Ng i ta có th gỡ b m t ngo i vi ho c thêm vào ngo i vi m i cho máy tính dùng m t h th ng bus Giá ti n thi t k th c hi n m t h th ng bus r , nhi u ngã vào/ra chia s m t s đ ng dây đ n gi n Tuy nhiên, m th t l i c a bus t o ngh n c chai, u làm gi i h n l u l ng vào/ra t i đa Các h th ng máy tính dùng cho qu n lý ph i dùng th ng xuyên ngo i vi, nên khó khĕn ph i có m t h th ng bus đ kh nĕng ph c v b x lý vi c liên h v i ngo i vi M t nh ng lý n cho vi c thi t k m t h th ng bus khó khĕn t c đ t i đa c a bus b gi i h n b i y u t v t lý nh chi u dài c a bus s b ph n đ c m c vào bus Các bus th ng có hai lo i: bus h th ng n i b x lý v i b nh (system bus, Front Side Bus-FSB) bus n i ngo i vi (bus vào/ra – I/O bus) (hình V.4) Bus vào/ra có th có chi u dài l n có kh nĕng n i k t v i nhi u lo i ngo i vi, ngo i vi có th có l u l ng thơng tin khác nhau, đ nh d ng d li u khác Bus k t n i b x lý v i b nh ng n th ng r t nhanh Trong giai đo n thi t k bus k t n i b x lý v i b nh , nhà thi t k bi t tr c linh ki n b ph n mà ông ta c n k t n i l i, nhà thi t k bus vào/ra ph i thi t k bus tho mãn nhi u ngo i vi có m c trì hỗn l u l ng r t khác (xem hình V.6) Hình V.4: H thống bus m t máy tính 87 Ki n trúc máy tính Ch ng V: Nh p xu t Hi n nay, m t s h th ng máy tính, bus n i ngo i vi đ c phân c p thành hai h th ng bus Trong đó, bus t c đ cao (high-speed bus) h tr k t n i thi t b t c đ cao nh SCSI, LAN, Graphic, Video,…và h th ng bus m r ng (expansion bus) đ c thi t k đ k t n i v i ngo i vi yêu c u t c đ th p nh : modem, c ng n i ti p, c ng song song,…Gi a hai h th ng bus n i ngo i vi t ch c h th ng bus phân c p m t giao di n đ m (hình V.5) Hình V.5: H thống bus phân c p Hình V.6: B ng biểu di n tốc đ li u c a ngo i vi 88 Ki n trúc máy tính Ch ng V: Nh p xu t Ta có th có nhi u l a chọn vi c thi t k m t bus, nh b ng V.3 Đặc tính c a bus Bus h th ng Bus n i ngo i vi Đ r ng c a bus Đ ng dây đ a ch s li u khác Đ Đ r ng bus s li u Càng r ng nhanh (ví d 64 bít) Càng h p t n (ví d bít) S t đ ng đ a ch s li u đ c đa h p Chuy n nhi u t Chuy n đ n gi n m i l n m t t Ch nhân c a bus Nhi u M t Chuy n t ng gói Có C n nhi u ch nhân bus Xung nh p Đ ng b c chuy n Không K t n i m t l n chuy n h t thông tin B t đ ng b B ng V.3: Các lựa ch n y u cho m t bus Trong b ng V.3 có khái ni m sau liên quan đ n ch nhân c a bus - b ph n có th kh i đ ng m t tác v đọc ho c vi t bus Ví d b x lý ln m t ch nhân c a bus M t bus có nhi u ch nhân có nhi u b x lý, ho c ngo i vi có th kh i đ ng m t tác v có dùng bus N u có nhi u ch nhân c a bus ph i có m t c ch trọng tài đ quy t đ nh ch nhân đ c quy n chi m lƿnh bus M t bus có nhi u ch , có th c p m t dãi thông r ng (bandwidth) b ng cách s d ng gói tin thay dùng bus cho t ng tác v riêng l K thu t s d ng gói tin đ c gọi phân chia nh tác v (dùng bus chuy n gói) M t tác v đọc đ c phân tích thành m t tác v yêu c u đọc (tác v ch a đ a ch c n đọc), m t tác v tr l i c a b nh (ch a thông tin c n đọc) M i tác v đ u có m t nhãn cho bi t lo i c a tác v Trong k thu t phân chia nh tác v , b nh đọc thông tin đ a ch xác đ nh bus đ c dành cho ch khác Bus h th ng m t bus đ ng b , g m có m t xung nh p đ ng dây u n, m t nghi th c cho đ a ch s li u đ i v i xung nh p Do có r t ho c khơng có m ch logic dùng đ quy t đ nh hành đ ng k ti p c n th c hi n, nên bus đ ng b v a nhanh, v a r ti n Trên bus này, t t c đ u ph i v n hành v i m t xung nh p Ng c l i, bus vào/ra thu c lo i bus b t đ ng b , bus khơng có xung nh p đ ng b h th ng bus Thay vào có nghi th c b t tay v i quy đ nh riêng v th i gian, đ c dùng gi a b ph n phát b ph n thu c a bus Bus b t đ ng b r t d thích ng v i nhi u ngo i vi cho phép n i dài bus mà khơng ph i lo ng i đ n v n đ đ ng b Bus b t đ ng b d thích ng v i nh ng thay đ i công ngh V.7 CÁC CHU N V BUS S l ng ch ng lo i b ph n vào/ra không c n đ nh tr c h th ng x lý thông tin Đi u giúp cho ng i s d ng máy tính dùng b ph n vào/ra đáp ng đ c yêu c u c a họ Vào/ra giao di n b ph n (thi t b ) 89 Ki n trúc máy tính Ch ng V: Nh p xu t đ c k t n i vào h th ng Nó có th xem nh m t bus n i r ng dùng đ k t n i thêm ngo i vi vào máy tính Các chu n làm cho vi c n i k t ngo i vi vào máy tính đ c d dàng; b i vì, nhà thi t k -s n xu t máy tính nhà thi t k -s n xu t ngo i vi có th thu c công ty khác S t n t i chu n v bus r t c n thi t Nh v y, n u nhà thi t k máy tính nhà thi t k ngo i vi tôn trọng chu n v bus ngo i vi có th k t n i d dàng vào máy tính Chu n c a bus vào/ra tài li u quy đ nh cách k t n i ngo i vi vào máy tính Các máy tính q thơng d ng chu n v bus vào/ra c a chúng có th đ c xem chu n cho hãng khác (ví d : tr c đây, UNIBUS c a máy PDP 11, chu n v bus c a máy IBM PC, AT hi n chu n c a hãng Intel liên quan đ n máy vi tính) Các chu n v bus ph i đ c c quan v chu n nh ISO, ANSI IEEE công nh n V.8 GIAO DI N GI A B X LÝ V I CÁC B PH N VÀO RA B x lý dùng cách đ liên l c v i b ph n vào ra: Cách th nh t, th ng đ c dùng: cách dùng m t vùng đ a ch c a b nh làm vùng đ a ch c a ngo i vi Khi đọc hay vi t vào vùng đ a ch c a b nh liên h đ n ngo i vi Cách th hai, dùng mã l nh riêng bi t cho vào/ra (t c có l nh vào/ra riêng, khơng trùng v i l nh đọc hay vi t vào ô nh ) Trong tr ng h p này, b x lý g i m t tín hi u u n cho bi t đ a ch dùng c a m t ngo i vi Vi m ch Intel 8086 máy IBM 370 ví d v b x lý dùng l nh vào/ra riêng bi t Dù dùng cách đ đ nh v vào/ra m i b ph n vào/ra đ u có ghi đ cung c p thơng tin v tr ng thái v u n B ph n vào/ra dùng bit tr ng thái “sẵn sàng” đ báo cho b x lý s n sàng nh n s li u Đ nh kỳ b x lý xem xét bít đ bi t b ph n vào có s n sàng hay khơng Ph ng pháp ph ng pháp thăm dò (polling) Và nh c m c a ph ng pháp làm m t th i gian c a b x lý đ nh kỳ ph i thĕm dị tính s n sàng c a thi t b ngo i vi Đi u đ c nh n th y t lâu d n đ n phát minh ng t quãng (interrupt) đ báo cho b x lý bi t lúc có m t b ph n vào/ra c n đ c ph c v Vi c dùng ng t quãng làm cho b x lý không m t th i gian thĕm dị xem ngo i vi có u c u ph c v hay không, nh ng b x lý ph i m t th i gian chuy n d li u Thông th ng vi c trao đ i s li u gi a ngo i vi CPU theo kh i s li u, nên vi m ch thâm nh p tr c ti p b nh (DMA: Direct Memory Access) đ c dùng nhi u máy tính đ chuy n m t kh i nhi u t mà khơng có s can thi p c a CPU Hình V.7 S đồ ho t đ ng c a h thống bus có vi m ch DMA 90 Ki n trúc máy tính Ch ng V: Nh p xu t DMA m t vi m ch ch c nĕng đ c bi t Nó chuy n s li u gi a ngo i vi b nh trong, lúc CPU rãnh r i đ làm công vi c khác V y DMA n m CPU tác đ ng nh m t ch nhân c a bus B x lý kh i đ ng ghi c a DMA, ghi ch a đ a ch ô nh s byte c n chuy n DMA ch đ ng chuy n s li u ch m d t tr quy n u n cho b x lý Vi m ch DMA thơng minh cơng vi c c a CPU nh Nhi u vi m ch đ c gọi b x lý vào/ra (hay b u n vào/ra) th c hi n công vi c theo m t ch ng trình c đ nh (ch a ROM), hay theo m t ch ng trình mà h u hành n p vào b nh H u hành thi t l p m t hàng ch đ i g m kh i u n b ph n vào/ Các kh i ch a thông tin nh v trí c a s li u (ngu n đích) s s li u Các b x lý vào/ra l y thông tin hàng ch đ i, th c hi n vi c c n ph i làm g i v CPU tín hi u ng t th c hi n xong cơng vi c M t máy tính có b x lý vào/ra đ c xem nh m t máy tính đa x lý DMA giúp cho máy tính th c hi n lúc nhi u trình Tuy nhiên b x lý vào/ra khơng t ng quát b ng b x lý chúng ch làm đ c m t s vi c nh t đ nh H n n a b x lý vào/ra không ch bi n s li u nh b x lý th ng làm Nó ch di chuy n s li u t n i sang n i khác V.9 M T S BI N PHÁP AN TOÀN D THÔNG TIN TRONG ĐƾA T LI U TRONG VI C L U TR Ng i ta th ng trọng đ n s an toàn l u gi thơng tin đƿa t h n s an tồn c a thông tin b x lý B x lý có th h mà khơng làm t n h i đ n thơng tin đƿa c a máy tính b h có th gây thi t h i r t to l n M t ph ng pháp giúp tĕng c ng đ an toàn c a thông tin đƿa t dùng m t m ng đƿa t M ng đƿa t đ c gọi H thống đĩa dự phòng (RAID - Redundant Array of Independent Disks) Cách l u tr d thông tin làm tĕng giá ti n s an tồn (ngo i tr RAID 0) C ch RAID có đ c tính sau: RAID m t t p h p đƿa c ng (v t lý) đ c thi t l p theo m t k thu t mà h u hành ch “nhìn th y” ch m t đƿa (logic) nh t g V i c ch đọc/ghi thông tin di n nhi u đƿa (ghi đan chéo hay soi ng) th đ Trong m ng đƿa có l u thơng tin ki m tra l i d li u; đó, d li u có c ph c h i n u có m t đƿa m ng đƿa b h h ng Tuỳ theo k thu t thi t l p, RAID có th có m c sau: i) RAID 0: Th c ra, k thu t không n m s k thu t có c ch an toàn d li u Khi m ng đ c thi t l p theo RAID 0, đƿa logic có đ c (mà h u hành nh n bi t) có dung d ng b ng t ng dung l ng c a đƿa thành viên Đi u giúp cho ng i dùng có th có m t đƿa logic có dung l ng l n h n r t nhi u so v i dung l ng th t c a đƿa v t lý th i m D li u đ c ghi phân tán t t c đƿa m ng Đây s khác bi t so v i vi c ghi d li u đƿa riêng l bình th ng b i th i gian đọc-ghi d li u đƿa t l ngh ch v i s đƿa có t p h p (s đƿa t p h p nhi u, th i gian đọc – ghi d li u nhanh) Tính ch t 91 Ki n trúc máy tính Ch ng V: Nh p xu t c a RAID th t s h u ích ng d ng yêu c u nhi u thâm nh p đƿa v i dung l ng l n, t c đ cao (đa ph ng ti n, đ ho ,…) Tuy nhiên, nh nói trên, k thu t khơng có c ch an tồn d li u, nên có b t kỳ m t h h ng m t đƿa thành viên m ng s d n đ n vi c m t d li u toàn b m ng đƿa Xác su t h h ng đƿa t l thu n v i s l ng đƿa đ c thi t l p RAID RIAD có th đ c thi t l p b ng ph n c ng (RAID controller) hay ph n m m (Stripped Applications) Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip 10 Strip 11 Strip 12 Strip 13 Strip 14 Strip 15 Hình V.8: RAID ii) RAID (Mirror - Đƿa g ng): Ph ng cách thông th ng tránh m t thông tin đƿa b h dùng đƿa g ng, t c dùng đƿa Khi thông tin đ c vi t vào m t đƿa, đ c vi t vào đƿa g ng nh v y ln có m t b n c a thông tin Trong c ch này, n u m t hai đƿa b h đƿa cịn l i đ c dùng bình th ng Vi c thay th m t đƿa m i (cung thông s k thu t v i đƿa h h ng) ph c h i d li u đƿa đ n gi n Cĕn c vào d li u đƿa l i, sau m t kho ng th i gian, d li u s đ c tái t o đƿa m i (rebuild) RAID có th đ c thi t l p b ng ph n c ng (RAID controller) hay ph n m m (Mirror Applications) v i chi phí l n, hi u su t s d ng đƿa không cao (50%) Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip 10 Strip 11 Strip Strip Strip 10 Strip 11 Strip 12 Strip 13 Strip 14 Strip 15 Strip 12 Strip 13 Strip 14 Strip 15 Hình V.9: RAID iii) RAID 2: Dùng k thu t truy c p đƿa song song, t t c đƿa thành viên RAID đ u đ c đọc có m t yêu c u t ngo i vi M t mã s a l i (ECC) đ c tính tốn d a vào d li u đ c ghi đƿa l u d li u, bit đ c mã hoá đ c l u đƿa dùng làm đƿa ki m tra Khi có m t yêu c u d li u, t t c đƿa đ c truy c p đ ng th i Khi phát hi n có l i, b u n nh n d ng s a l i mà không làm gi m th i gian truy c p đƿa V i m t thao tác ghi d li u lên m t đƿa, t t c đƿa d li u đƿa s a l i đ u đ c truy c p đ ti n hành thao tác ghi Thông th ng, RAID dùng mã Hamming đ thi t l p c ch mã hố, theo đó, đ mã hố d li u đ c ghi, ng i ta dùng m t bit s a l i hai bit phát hi n l i RAID thích h p cho h th ng yêu c u gi m thi u đ c kh nĕng x y nhi u đƿa h h ng lúc 92 Ki n trúc máy tính Ch b0 b1 b2 F1(b) F0(b) b3 ng V: Nh p xu t F2(b) Hình V.10: RAID iii) RAID 3: Dùng k thu t ghi song song, k thu t này, m ng đ c thi t l p v i yêu c u t i thi u đƿa có thơng s k thu t gi ng nhau, ch m t đƿa m ng đ c dùng đ l u thông tin ki m tra l i (parity bit) Nh v y, thi t l p RAID 3, h u hành nh n bi t đ c m t đƿa logic có dung l ng n-1/n (n: s đƿa m ng) D li u đ c chia nh ghi đ ng th i n-1 đƿa bit ki m tra ch n l đ c ghi đƿa dùng làm đƿa ch a bit parity – ch n l đan chéo m c đ bít Bít ch n l m t bít mà ng i ta thêm vào m t t p h p bít làm cho s bít có tr s (ho c 0) ch n (hay l ) Thay có m t b n hồn ch nh c a thông tin g c m i đƿa, ng i ta ch c n có đ thơng tin đ ph c h i thông tin m t tr ng h p có h ng đƿa Khi m t đƿa b t kỳ m ng b h , h th ng v n ho t đ ng bình th ng Khi thay th m t đƿa m i vào m ng, cĕn c vào d li u đƿa l i, h th ng tái t o thông tin Hi u su t s d ng đƿa cho cách thi t l p n-1/n RAID ch có th đ c thi t l p b ng ph n c ng (RAID controller) b0 b1 b2 P(b) b3 Hình V.11: RAID iv) RAID 4: t RAID đ n RAID dùng k thu t truy c p đƿa m ng đ c l p Trong m t m ng truy c p đ c l p, m i đƿa thành viên đ c truy xu t đ c l p, m ng có th đáp ng đ c yêu c u song song c a ngo i vi K thu t thích h p v i ng d ng yêu c u nhi u ngo i vi ng d ng yêu c u t c đ truy n d li u cao Trong RAID 4, m t đƿa dùng đ ch a bit ki m tra đ c tính tốn t d li u đ c l u đƿa d li u Khuy t m l n nh t c a RAID b ngh n c chai t i đƿa ki m tra có nhi u yêu c u đ ng th i t ngo i vi Block Block1 Block2 Block3 P(0-3) B4 B5 B6 B7 P(4-7) B8 B9 B10 B11 P(8-11) B12 B13 B14 B15 P(12-15) Hình V.12: RAID 93 Ki n trúc máy tính Ch ng V: Nh p xu t v) RAID 5: yêu c u thi t l p gi ng nh RAID 4, d li u đ c ghi t ng kh i đƿa thành viên, bit ch n l đ c tính tốn m c đ kh i đ c ghi tr i đ u lên t t c đƿa m ng T ng t RAID 4, m t đƿa b t kỳ m ng b h h ng, h th ng v n ho t đ ng bình th ng Khi thay th m t đƿa m i vào m ng, cĕn c vào d li u đƿa l i, h th ng tái t o thông tin Hi u su t s d ng đƿa cho cách thi t l p n-1/n RAID ch có th đ c thi t l p b ng ph n c ng (RAID controller) C ch kh c ph c đ c khuy t m nêu c ch RAID Block1 Block2 B4 B5 B6 P(4-7) B7 B8 B9 P(8-11) B10 B11 B12 P(1215) B13 B14 B15 P(16-19) B16 B17 B18 B19 Block Block3 P(0-3) Hình V.13: RAID vi) RAID 6: Trong k thu t này, c n có n+2 đƿa m ng Trong đó, n đƿa d li u đƿa riêng bi t đ l u kh i ki m tra M t hai đƿa ki m tra dùng c ch ki m tra nh RAID 4&5, đƿa l i ki m tra đ c l p theo m t gi i thu t ki m tra Qua đó, có th ph c h i đ c d li u c có hai đƿa d li u m ng b h h ng Hi n nay, RAID 0,1,5 đ c dùng nhi u h th ng Các gi i pháp RAID (tr RAID 6) ch đ m b o an toàn d li u có m t đƿa m ng b h h ng Ngoài ra, h h ng d li u ph n m m hay ch quan c a ng i không đ c đ c p ch ng trình Ng i dùng c n ph i có ki n th c đ y đ v h th ng đ h th ng thông tin ho t đ ng hi u qu an toàn Block1 Block2 B4 B5 B6 B8 B9 B12 P(16-19) Block P(0-3) Q(0-3) P(4-7) Q(4-7) B7 P(8-11) Q(8-11) B10 B11 P(12-15) Q(12-15) B13 B14 B15 Q(16-19) B16 B17 B18 B19 Block3 Hình V.14: RAID ***** 94 Ki n trúc máy tính Ch CÂU H I ƠN T P VÀ BÀI T P CH ***** ng V: Nh p xu t NG V Mô t v n hành c a đƿa c ng Cách l u tr thông tin đƿa c ng Mô t bi n pháp an tồn vi c l u tr thơng tin đƿa c ng Nguyên t c v n hành c a đƿa quang u khuy t m c a lo i đƿa quang Thông th ng có lo i bus? T i ph i có chu n cho bus vào ra? Th ch nhân c a bus? Khi bus có nhi u ch nhân làm th đ gi i quy t tranh ch p bus? Gi i thích vi c n i r ng dãi thơng b ng cách s d ng gói tin S khác bi t gi a b x lý vào b x lý trung tâm c a máy tính 95