(Tiểu luận) báo cáo đề tài giới thiệu về ổ cứng ssd công nghệ pcie 4 0 nvme m 2 và viết chương trình assembly kiểm tra số nguyên tố

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT – HÀN KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH BÁO CÁO ĐỀ TÀI : GIỚI THIỆU VỀ Ổ CỨNG SSD CÔNG NGHỆ PCIE 4.0 NVME M.2 VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ASSEMBLY KIỂM TRA SỐ NGUYÊN TỐ Sinh viên thực : Lê Phú Quốc Nguyễn Văn Dũng Lê Văn Phước Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Vũ Anh Quang Lớp : 20IT1 Đà nẵng, tháng năm 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT – HÀN KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH BÁO CÁO MƠN : KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Đà Nẵng, tháng năm 2021 MỞ ĐẦU Hiện nay, máy tính trở thành công cụ, người bạn thiết yếu để người thích nghi với thay đổi chóng mặt công nghệ thời đại 4.0 Tuy nhiên, để có máy tính hoạt động mượt mà, độ an toàn liệu, nhiệt độ máy an toàn, điện tiêu thụ ổn định Thì cần phải có ổ cứng tốt Ổ cứng SSD (Solid State Drive ) loại phương tiện lưu trữ liên tục nhớ flash trạng thái rắn SSD có chức lưu trữ dự liệu với mục đích lâu dài Không giống HDD, SSD sử dụng nhớ Flash, có khả lưu trữ dự liệu không làm liệu kể máy tính bị điện đột ngột.Vào thời kì đổi có nhiều ổ cứng cải tiến nhiều Qua thời gian tìm hiểu cơng nghệ ổ cứng SSD cải tiến cơng nghệ PCIe 4.0 NVMe M.2 cung cấp khả vượt trội, tốc độ vượt trội Chính muốn hiểu rõ tầm quan trọng, lịch sử hình thành cải thiện ổ cứng SSD cơng nghệ PCIe 4.0 NVMe M.2, nhóm chúng em lựa chọn đề tài “Tìm hiểu ổ cứng SSD công nghệ PCIe 4.0 NVMe M.2” LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Việt - Hàn tạo điều kiện cho chúng em thực Báo cáo dự án môn học Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo TS Nguyễn Vũ Anh Quang – giảng viên mơn “Kiến trúc máy tính” Khoa Kỹ thuật máy tính Điện tử tận trang bị cho nhóm em kiến thức, kỹ cản cần thiết hoàn thành đề tài nghiên Trong trình thực đề tài, chúng em học hỏi nhiều kiến thức bổ ích kinh nghiệm quý báu làm tảng cho trình làm việc nghiên cứu sau Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Công nghệ thông tin Khoa Kỹ Thuật máy tính Điện tử tận tình giảng dạy, trang bị cho nhóm em kiến thức quan trọng thời gian vừa qua Xin chân thành cảm ơn bạn, đặc biệt thành viên nhóm đồn kết, ủng hộ, giúp đỡ nhóm em suốt thời gian học tập trường thời gian thực đề tài Mặc dù cố gắng hoàn chỉnh chuyên đề phạm vi khả cho phép chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận thơng cảm, góp ý q Thầy Cơ Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………… Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 202 Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Vũ Anh Quang MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .11 1.1 Sự cần thiết đề tài 11 1.2 Phương pháp nguyên cứu .11 1.3 Phạm vi nghiên 11 1.4 Cấu trúc đồ án 11 Chương TÌM HIỂU VỀ SSD PCIe 4.0 NVME M.2 12 2.1 Cổng giao tiếp PCIe ? 12 2.2 PCIe 4.0 gì? 15 2.3 So sánh chuẩn SSD PCIe với SATA .16 2.4 Mạch chủ điều khiển NVMe gì? 17 2.5 So sánh NVMe AHCI .18 2.6 SSD PCIe Gen4 x4 – Máy tính hỗ trợ SSD PCIe Gen x4 19 2.7 So sánh SSD PCIe 4.0 SSD PCIe 3.0 20 Chương PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH ASSEMBLY 24 3.1 Giới thiệu chương trình 24 3.2 Phân tích chương trình 24 Chương CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH ASSEMBLY 25 Chương KẾT LUẬN 31 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng So sánh PCIe với SATA 17 Bảng So sánh NVMe với AHCI 18 DANH MỤC HÌNH Hình Khe cắm PCIe bo mạch chủ 12 Hình 2 Khe cắm PCIe bo mạch chủ 13 Hình Ổ cứng M2 PCIe, M2 SATA, mSATA 14 Hình SSD cổng M2 PCIe 14 Hình Cổng PCIe 1x, 4x, 8x, 16x 15 Hình Thơng số hệ PCIe 16 Hình NVMe 17 Hình Cấu tạo NVMe Controller 18 Hình SSD Corsair MP600 PCIe Gen4 20 Hình 10 SSD PCIe NVMe 2.0 21 Hình 11 Bộ điều khiển PHISON 21 Hình 12 So sánh SSD PCIe 4.0 với hệ 3.0,2.0 22 Hình 13 Tản nhiệt SSD PCIe 4.0 22 Hình 14 Tản nhiệt SSD PCIe 4.0 23 Hình 15 SSD PCIe 4.0 23 Hình Chương trình Assembly 28 Hình Kết chương trình Assembly 30 DANH MỤC CỤM TỪ VIẾT TẮT STT Cụm từ Công nghệ phần mềm Công nghệ thông tin … Viết tắt CNPM CNTT Chương TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Sự cần thiết đề tài Khi laptop hoạt động chậm chạp cần phải có ổ cứng SSD có khả vượt trội, tốc độ lưu trữ an tồn, khả tương thích vượt trội, điện tiêu thụ thấp, cải thiện nhiệt độ Vậy ổ cứng SSD lựa chọn vượt trội so với ổ cứng HDD 1.2 Phương pháp nguyên cứu Áp dụng kiến thức truyền đạt lớp với tiếp thu kiến thức qua trang mạng Google, Youtube, Wikipedia, báo, … 1.3 Phạm vi nghiên Khái niệm, cấu trúc, tốc độ ưu điểm SSD PCIe 4.0 NVMe M.2 Viết chương trình asembly phần mềm Emu8086 1.4 Cấu trúc đồ án Báo cáo chúng em bao gồm chương sau : Chương : Tìm hiểu cơng nghệ SSD PCIe 4.0 NVMe M.2 Chương : Viết chương trình assembly nhập vào số nguyên n kiểm tra xem n có phải số nguyên tố hay không ? Theo thiết kế mình, NVMe cho phép phần cứng phần mềm máy chủ khai thác tối đa mức độ song song có ổ SSD đại Do đó, NVMe giảm chi phí I / O mang lại nhiều cải tiến hiệu suất so với giao diện thiết bị logic trước đây, bao gồm nhiều hàng đợi lệnh dài giảm độ trễ Các giao thức giao diện trước AHCI phát triển để sử dụng với ổ đĩa cứng (HDD) chậm nhiều, nơi tồn độ trễ dài (liên quan đến hoạt động CPU) yêu cầu truyền liệu, tốc độ liệu chậm nhiều so với tốc độ RAM vịng quay đĩa thời gian tìm kiếm làm phát sinh yêu cầu tối ưu hóa 2.5 So sánh NVMe AHCI NVMe Độ trễ Thấp - Trực tiếp liên lạc với CPU, đó, bỏ qua tất liên lạc không cần thiết vốn gây chậm trễ Hiệu Cao AHCI Cao NVMe Tác vụ đọc không lưu tạm thời (uncacheable) ghi nhớ (register) dùng 2.000 chu kỳ xử lý (cycle) CPU có tác vụ đọc lưu vào nhớ đệm lệnh Điều đồng nghĩa với 8.000 chu kỳ xử lý CPU, khoảng 2,5 millisecond độ trễ lệnh Thấp NVMe Chỉ hỗ trợ hàng đợi I/O với tối đa 32 lệnh - Có khả hỗ trợ hàng đợi, dẫn đến mức lên đến 64K hàng hiệu suất thấp nhiều đợi I/O queue xử lý so với NVMe lệnh xuất nhập, với hàng đợi I/O hỗ trợ lên đến 64K lệnh, tận dụng đầy đủ khả đọc ghi liệu song song công nghệ chip nhớ Flash NAND Bảng So sánh NVMe với AHCI 2.6 SSD PCIe Gen4 x4 – Máy tính hỗ trợ SSD PCIe Gen x4 Với thông số ấn tượng chuẩn PCIe 4.0 SSD PCIe Gen4 x4 mang lại hiệu ấn tượng không thua Cụ thể với PCIe gen4 x4 cho tốc độ theo lý thuyết lên đến ~7.8GB/s - số khủng khiếp Đã có test với ổ cứng SSD Gigabyte Aorus M.2 PCIe 4.0 cho tốc độ đọc lên đến 5GB/s tốc độ ghi 4.3GB/s ; cao 35% so với dòng SSD M.2 PCIe 3.0 x4 Với đua chuẩn PCIe 4.0 AMD dẫn trước Intel với kết hợp CPU Ryzen 3000, chipset bo mạch chủ X570, mang đến chuẩn PCIe 4.0 mà người dùng toàn giới mong đợi Gigabyte gần phát hành cập nhật BIOS cho phép hỗ trợ PCIe 4.0 bo mạch chủ socket AM4, nghĩa bạn mở khóa tính PCIe 4.0 với chip Ryzen 3000 Series chạy dòng Mainboard X300 X400 AMD Intel khơng cạnh để lộ lộ trình nâng cấp chuẩn PCIe 4.0 cho dòng CPU Rocket Lake-S Chipset 500-Series vào cuối năm 2020 Rocket Lake-S có 20 lane PCIe 4.0, lane dành cho SSD NVMe 16 lane dành cho slot PCIe GPU Hình SSD Corsair MP600 PCIe Gen4 Đi kèm hiệu cao dẫn đến độ tiêu thụ lượng nhiệt độ hoạt động SSD cao, đòi hỏi nhà sản xuất ổ cứng bắt buộc phải trang bị thêm tản nhiệt nhơm cho ổ cứng, điều dẫn đến khe cắm M.2 laptop đáp ứng khơng gian khả nhiệt ổ cứng Nhưng dòng Mainboards cho máy PC giải pháp nâng cấp đáng giá cho hệ thống PC Hi-end Gaming, làm cho hệ thống Gaming trông hầm hố mạnh mẽ nhiều 2.7 So sánh SSD PCIe 4.0 SSD PCIe 3.0 Được mắt vào ngày 7/7, tảng vi xử lý Ryzen hệ thứ AMD nhanh chóng chiếm lĩnh giới đam mê phần cứng chủ đề nói đến nhiều Bộ xử lý Zen Ryzen 3000 AMD CPU máy tính để bàn giới hỗ trợ giao diện PCI-Express phiên 4.0, lần tăng gấp đôi băng thông so với PCIe 3.0 Điều dẫn đến tốc độ lanes 16 Gbit/s, GB/s, đưa giới hạn tốc độ 4x lanes cho SSD M.2 NVMe lên GB/s.Có thể thấy nhiều ổ SSD M.2 NVMe từ thương hiệu tiếng hỗ trợ PCI-Express 4.0, cung cấp tốc độ truyền đạt 5.000 MB/giây trở lên Với hiệu vượt PCIe gen 3.0 x4, có giới hạn lý thuyết GB/s sử dụng giao diện x4, với thực tế gần 3,5 GB/s Hình 10 SSD PCIe NVMe 2.0 Do đó, bắt đầu thử nghiệm ổ SSD M.2 NVMe công bố gần cung cấp PCI-Express 4.0 hệ thống thử nghiệm Ryzen 3000 Ổ SSD đề cập SSD Gen4 GIGABYTE AORUS NVMe, ổ M.2-2280 kết hợp điều khiển Phison PS5015-E16 với nhớ flash 3D TLC NAND Toshiba sản xuất nhớ cache DRAM Theo lý thuyết, ổ cứng cung cấp tốc độ đọc lên tới 5000 MB/s ghi lên tới 4400 MB/s Có điều thú vị, ổ cứng PCIe 4.0 tung dường dựa điều khiển Phison Hình 11 Bộ điều khiển PHISON Đã thử nghiệm SSD GIGABYTE AORUS NVMe Gen4 bo mạch chủ ASRock X570 Taichi vi xử lý AMD Ryzen 3700X kiểm tra hiệu thực tế PCIe 4.0, 3.0 2.0 Hình 12 So sánh SSD PCIe 4.0 với hệ 3.0,2.0 Quan tìm kiếm số tổng hợp nhanh chóng, tham khảo ảnh so sánh bên Qua nhận thấy PCIe 4.0 hoạt động tốt cho thấy tiền vốn có Nhưng vấn đề khơng nằm tốc độ đọc ghi tuần tự, đủ cao, điều quan trọng ứng dụng thực tế lại chủ yếu đọc ghi ngẫu nhiên Như thử nghiệm tổng hợp trang cho thấy, kết đọc ghi ngẫu nhiên 4K giống hệt tất chế độ PCIe, ổ SSD dựa controler Phison