Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 7: Bộ nhớ máy tính - Nguyễn Kim Khánh

NKK-HUT Kiến trúc máy tính Chương BỘ NHỚ MÁY TÍNH Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 26 May 2012 IT3030 NKK-HUT Nội dung học phần          26May 26 May2012 2012 Chương Giới thiệu chung Chương Cơ logic số Chương Hệ thống máy tính Chương Kiến trúc tập lệnh Chương Số học máy tính Chương Bộ xử lý Chương Bộ nhớ Chương Vào-ra Chương Kiến trúc máy tính tiên tiến IT3030  NKK-HUT Nội dung chương 7.1 Tổng quan hệ thống nhớ 7.2 Bộ nhớ bán dẫn 7.3 Bộ nhớ 7.4 Bộ nhớ cache 7.5 Bộ nhớ 7.6 Bộ nhớ ảo 7.7 Hệ thống nhớ máy tính cá nhân 26 May 2012 IT3030 NKK-HUT 7.1 Tổng quan hệ thống nhớ Các đặc trưng hệ thống nhớ  Vị trí  Bên CPU:   Bộ nhớ trong:     nhớ nhớ cache Bộ nhớ ngoài: thiết bị nhớ Dung lượng   26 May 2012 tập ghi Độ dài từ nhớ (tính bit) Số lượng từ nhớ IT3030 NKK-HUT Các đặc trưng hệ thống nhớ (tiếp)  Đơn vị truyền    Phương pháp truy nhập     26 May 2012 Từ nhớ Khối nhớ Truy nhập (băng từ) Truy nhập trực tiếp (các loại đĩa) Truy nhập ngẫu nhiên (bộ nhớ bán dẫn) Truy nhập liên kết (cache) IT3030 NKK-HUT Các đặc trưng hệ thống nhớ (tiếp)  Hiệu (performance)     Kiểu vật lý    26 May 2012 Thời gian truy nhập Chu kỳ nhớ Tốc độ truyền Bộ nhớ bán dẫn Bộ nhớ từ Bộ nhớ quang IT3030 NKK-HUT Các đặc trưng hệ thống nhớ (tiếp)  Các đặc tính vật lý    26 May 2012 Khả biến / Không khả biến (volatile / nonvolatile) Xố / khơng xố Tổ chức IT3030 NKK-HUT  2.1.2 Phân cấp hệ thống nhớ 26 May 2012 IT3030 NKK-HUT Ví dụ hệ thống nhớ thơng dụng Bé vi xư lý CPU TËp ghi Bé nhí Cache L1 Bé nhí Cache L2 Bé nhí Bộ nhớ Bộ nhớ mạng T trỏi sang phải:  dung lượng tăng dần  tốc độ giảm dần  giá thành/1bit giảm dần 26 May 2012 IT3030 NKK-HUT Phát hiệu chỉnh lỗi nhớ     Nguyên tắc chung: cần tạo lưu trữ thêm thông tin dư thừa Từ liệu cần ghi vào nhớ: m bit Cần tạo lưu trữ từ mã: k bit  Lưu trữ (m+k) bit Khi đọc có khả sau:    26 May 2012 Không phát thấy liệu lỗi Phát thấy liệu lỗi hiệu chỉnh liệu thành Phát thấy lỗi khơng có khả hiệu chỉnh  cần phát tín hiệu báo lỗi IT3030 10 NKK-HUT Đĩa quang      CD-ROM (Compact Disk ROM) CD-R (Recordable CD) CD-RW (Rewriteable CD) Dung lượng thông dụng 650MB Ổ đĩa CD:      26 May 2012 Ổ CD-ROM Ổ CD-Writer: Ghi phiên ghi nhiều phiên Ổ CD-RW Tốc độ đọc sở 150KByte/s Tốc độ bội, ví dụ: 48x, 52x, IT3030 85 NKK-HUT Đĩa quang (tiếp)  DVD Digital Video Disk: dùng ổ đĩa xem video  Digital Versatile Disk: ổ máy tính  Ghi hai mặt  Một hai lớp mặt  Thông dụng: 4,7GB/lớp  26 May 2012 IT3030 86 NKK-HUT Flash Disk  Thường kết nối qua cổng USB  Không phải dạng đĩa  Bộ nhớ bán dẫn cực nhanh (flash memory)  Dung lượng tăng nhanh  Thuận tiện 26 May 2012 IT3030 87 NKK-HUT 7.6 Bộ nhớ ảo (Virtual Memory)   Khái niệm nhớ ảo: gồm nhớ nhớ ngồi mà CPU coi nhớ (bộ nhớ chính) Các kỹ thuật thực nhớ ảo:   26 May 2012 Kỹ thuật phân trang: Chia không gian địa nhớ thành trang nhớ có kích thước nằm liền kề Thơng dụng: kích thước trang = 4KBytes Kỹ thuật phân đoạn: Chia không gian nhớ thành đoạn nhớ có kích thước thay đổi, đoạn nhớ gối lên IT3030 88 NKK-HUT Phân trang       26 May 2012 Phân chia nhớ thành phần có kích thước gọi khung trang Chia chương trình (tiến trình) thành trang Cấp phát số hiệu khung trang yêu cầu cho tiến trình HĐH trì danh sách khung trang nhớ trống Tiến trình khơng u cầu khung trang liên tiếp Sử dụng bảng trang để quản lý IT3030 89 NKK-HUT Cấp phát khung trang 26 May 2012 IT3030 90 NKK-HUT Địa logic địa vật lý phân trang 26 May 2012 IT3030 91 NKK-HUT Nguyên tắc làm việc nhớ ảo phân trang  Phân trang theo yêu cầu    Lỗi trang     26 May 2012 Không yêu cầu tất trang tiến trình nằm nhớ Chỉ nạp vào nhớ trang yêu cầu Trang u cầu khơng có nhớ HĐH cần hốn đổi trang u cầu vào Có thể cần hốn đổi trang để lấy chỗ Cần chọn trang để đưa IT3030 92 NKK-HUT Thất bại      Quá nhiều tiến trình nhớ nhỏ HĐH tiêu tốn toàn thời gian cho việc hốn đổi Có khơng có công việc thực Đĩa luôn sáng Giải pháp:    26 May 2012 Thuật toán thay trang Giảm bớt số tiến trình chạy Thêm nhớ IT3030 93 NKK-HUT Lợi ích      26 May 2012 Khơng cần tồn tiến trình nằm nhớ để chạy Có thể hốn đổi trang yêu cầu Như chạy tiến trình lớn tổng nhớ sẵn dùng Bộ nhớ gọi nhớ thực Người dùng cảm giác nhớ lớn nhớ thực IT3030 94 NKK-HUT Cấu trúc bảng trang 26 May 2012 IT3030 95 NKK-HUT Translation Lookaside Buffer  Mỗi tham chiếu nhớ ảo gây hai truy cập nhớ vật lý    Sử dụng cache đặc biệt cho bảng trang  26 May 2012 Tìm điểm vào bảng trang Tìm liệu TLB IT3030 96 NKK-HUT 7.7 Hệ thống nhớ PC   Bộ nhớ cache: tích hợp chip vi xử lý Bộ nhớ chính: Tồn dạng mơ-đun nhớ RAM  SIMM – Single Inline Memory Module    DIMM – Dual Inline Memory Module   26 May 2012 30 chân: đường liệu 72 chân: 32 đường liệu 64 đường liệu RIMM – Rambus DRAM IT3030 97 NKK-HUT Hệ thống nhớ PC (tiếp)  ROM BIOS chứa chương trình sau:      CMOS RAM:      26 May 2012 Chương trình POST (Power On Self Test) Chương trình CMOS Setup Chương trình Bootstrap loader Các trình điều khiển vào-ra (BIOS) Chứa thơng tin cấu hình hệ thống Đồng hồ hệ thống Có pin nuôi riêng Video RAM: quản lý thông tin hình Các loại nhớ ngồi IT3030 98 NKK-HUT Hết chương 26 May 2012 IT3030 99