Tìm Hiểu Các Loại Bộ Nhớ Lưu Trữ Có Thể Sử Dụng Với Máy Tính.pdf

lOMoARcPSD|38544120 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN  TÌM HIỂU CÁC LOẠI BỘ NHỚ LƯU TRỮ CÓ THỂ SỬ DỤNG VỚI MÁY TÍNH Khoa: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN GVHD: Hồ Văn Ngọc SVTH: - Nguyễn Hữu Nghĩa (211A010366) - Leader - Quách Kim Ngân (211A010188) - Phan Huy Thông (211A010083) - Nguyễn Gia Huy (211A010227) - Mai Nhật Huy (211A010386) TP HỒ CHÍ MINH, năm 2022 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ thông tin đang trong giai đoạn phát triển nhanh chóng trên mọi lĩnh vực trên cả nước cũng như thế giới Trong những năm qua, nước ta đã không ngừng đầu tư, nghiên cứu vào công nghệ Tin học đã và đang là một trong những vấn đề không thể thiếu đối với bất kỳ một tổ chức, công ty hay cá nhân nào Đặc biệt hơn cả, nó đóng vai trò vô cùng thiết yếu trong việc quản lý, điều hành ở các công ty, trường học, … Tuy ở Việt Nam công nghệ thông tin mới chỉ phát triển trong vài năm gần đây nhưng nó đang chứng minh cho ta thấy nó là một phần của cuộc sống của mỗi con người Nhờ có máy móc, con người đỡ được một phần nào của công việc Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào các hoạt động sản xuất, kinh doanh đã giúp nâng cao hiệu quả, công suất, tiết kiệm thời gian và công sức Và để máy tính có thể ghi nhớ, lưu trữ được tất cả những thông tin mà con người không thể nào nhớ hết được, con người đã phát minh ra bộ nhớ máy tính Trong quá trình học tập và tìm hiểu về đề tài tiểu luận “Tìm hiểu các loại bộ nhớ có thể sử dụng trong máy tính”, nhóm 10 đã không ngừng trau dồi kiến thức và tìm kiếm thông tin về các loại bộ nhớ thông qua các chương như: bộ nhớ máy tính, quản lí bộ nhớ máy tính và đề xuất giải pháp giúp tối ưu bộ nhớ Bộ nhớ là phần thiết yếu của máy tính, giúp máy tính lưu trữ những thông tin, tài liệu quan trọng Việc quản lí, tối ưu bộ nhớ góp phần giúp bộ nhớ làm việc chặt chẽ, nhanh nhẹn hơn Qua đề tài tiểu luận trên, nhóm 10 chúng em đã giúp mọi người hiểu nhiều hơn về bộ nhớ trong thời đại 4.0 đang phát triển vượt bậc này 1 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 MỤC LỤC Lời nói đầu 1 Mục lục 2 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 5 MỞ ĐẦU .7 1 Lý do chọn đề tài .7 2 Mục đích của tiểu luận 7 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 7 4 Phương pháp nghiên cứu 7 5 Cấu trúc của đề tài 8 NỘI DUNG 9 Chương 1: BỘ NHỚ MÁY TÍNH 9 1.1 Bộ nhớ máy tính 9 1.1.1 Bộ nhớ trong 10 1.1.1.1 Các thành phần của bộ nhớ trong 11 1.1.1.1.1 RAM (Random Access Memory) .11 1.1.1.1.2 ROM (Read-Only Memory) .17 1.1.1.1.3 Bộ nhớ đệm (Cache Memory) 23 1.1.2 Bộ nhớ ngoài 24 1.2 Lịch sử phát triển của bộ nhớ máy tính 25 Chương 2: QUẢN LÍ BỘ NHỚ MÁY TÍNH 29 2.1 Các vấn đề phát sinh khi quản lí bộ nhớ 29 2.1.1 Chuyển đổi địa chỉ tương đối sang địa chỉ tuyệt đối 29 2.1.2 Không gian địa chỉ ảo và không gian địa chỉ vật lý 30 2 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 2.1.3 Quản lý bộ nhớ đã cấp phát và chưa cấp phát 31 2.1.3.1 Các phương pháp quản lí việc cấp phát bộ nhớ 31 2.1.3.2 Các thuật toán chọn một đoạn trống .32 2.2 Các mô hình cấp phát bộ nhớ .32 2.2.1 Mô hình cấp phát liên tục 32 2.2.1.1 Mô hình Linker – Loader .32 2.2.1.2 Mô hình Base & Limit 33 2.2.2 Mô hình cấp phát không liên tục .36 2.2.2.1 Mô hình phân đoạn (Segmentation) .37 2.2.2.2 Mô hình phân trang (paging) 40 2.2.2.3 Mô hình phân đoạn kết hợp phân trang (Paged segmentation) .52 2.3 Bộ nhớ ảo .54 2.3.1 Phân trang theo yêu cầu (Demand paging) 55 2.3.1.1 Câu trúc một phần tử trong bảng trang 55 2.3.1.2 Chuyển địa chỉ ảo (p,d) thành địa chỉ vật lý 55 2.3.1.3 Thay thế trang 56 2.3.1.4 Thời gian thực hiện một yêu cầu truy xuất bộ nhớ 57 2.3.1.5 Các thuật toán chọn trang nạn nhân 57 2.3.1.5.1 Thuật toán FIFO (First In First Out) 58 2.3.1.5.2 Thuật toán tối ưu (Optimal Page Replacement Algorithm) 59 2.3.1.5.3 Thuật toán LRU (Least-recently-used) .59 2.3.1.5.4 Các thuật toán xấp xỉ LRU 61 2.3.1.5.5 Các thuật toán thống kê 63 2.3.2 Cấp phát số lượng khung trang và thay thế trang 63 2.3.2.1 Cấp phát số lượng khung trang .64 2.3.2.2 Thay thế trang 65 2.3.3 Hệ thống trì trệ (Thrashing) .65 3 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 2.3.3.1 Mô hình tập làm việc (Working set) .65 2.3.3.2 Cấu trúc chương trình .66 Chương 3: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIÚP TỐI ƯU BỘ NHỚ 67 3.1 Nâng cao hiệu năng xử lý giao tác với mô hình cơ sở dữ liệu trong bộ nhớ 67 3.1.1 Mô hình cơ sở dữ liệu trong bộ nhớ 67 3.1.2 Kiến trúc H-Store và VoltDB 68 KẾT LUẬN .71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 4 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ tiếng Anh Từ tiếng Việt RAM SRAM Random Access Memory Bộ nhớ Truy nhập Ngẫu DRAM nhiên nhiên Static random-access memory Ngẫu SDRAM Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên SDR Dynamic Random Access Memory tĩnh SDRAM Synchronous Dynamic Random Bộ nhớ Truy nhập DDR Access Memory nhiên Động SDRAM Bộ nhớ truy cập ngẫu RDRAM động đồng bộ LPDDR Single Data Rate Synchronous Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên Dynamic Random Access Memory động đồng bộ tốc độ dữ liệu ROM đơn Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động đồng bộ tốc độ dữ liệu Rambus Dynamic Random Access gấp đôi Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên Low Power Double Data Rate động Rambus Synchronous Dynamic Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động đồng bộ công suất thấp Read-Only Memory Bộ nhớ chỉ đọc PROM Programmable Read-only memory bộ nhớ chỉ đọc có thể lập EPROM trình Erasable Programmable Read-Only Bộ nhớ chỉ đọc có thể lập EAROM Memory trình có thể xóa EEPROM Electrically Alterable Read-Only Bộ nhớ chỉ đọc có thể thay CPU Memory đổi bằng điện MMU Electrically Erasable Programmable Bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa Read-Only Memory bằng điện Central Processing Unit bộ xử lí trung tâm memory management unit đơn vị quản lí bộ nhớ 5 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 STBR Segment Table Base Register Thanh ghi cơ sở bảng phân STLS Segment Table Limit Register đoạn Thanh ghi giới hạn bảng phân đoạn 6 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài Chúng ta đang sống trong kỉ nguyên công nghệ thông tin, việc nắm bắt thông tin thật nhanh, nhiều, chính xác và kịp thời ngày càng đóng vai trò cốt yếu trong quản lí, điều hành Bộ nhớ là thứ quan trọng giúp lưu trữ thông tin, dữ liệu dưới nhiều hình thức Bộ nhớ giúp ích cho con người khi làm các thao tác trên máy tính Ghi nhớ, lưu trữ số lượng lớn thông tin, tài liệu mà người thường chưa chắc có thể ghi nhớ được Hẳn nhiều người ít khi biết một bộ nhớ hoạt động như nào và theo quy tắc nào thì chúng tôi sẽ giúp mọi người biết 2 Mục đích của tiểu luận - Tìm hiểu và khai thác các tính năng của bộ nhớ - Phân biệt rõ từng thành phần các loại bộ nhớ - Tìm ra các giải pháp giúp tối ưu bộ nhớ - Vận dụng tính năng của bộ nhớ vào thực tiễn 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của tiểu luận là tìm hiểu về các bộ nhớ đã được phát triển qua từng thế hệ, chủ yếu là các bộ nhớ có thể dụng với máy tính 4 Phương pháp nghiên cứu Trong luận văn này chúng tôi đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau phù hợp với yêu cầu của đề tài, bao gồm các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp nghiên cứu phân tích – tổng hợp: Nghiên cứu các tài liệu có liên quan tới kiến thức cơ bản về các loại bộ nhớ bộ nhớ, các giải pháp đã sử dụng, phân tích về cơ chế của từng mô hình, phân tích để rút ra các vấn đề cốt lõi, sau đó tổng hợp và xâu chuỗi lại để có cái nhìn tổng thể về vấn đề đang nghiên cứu 7 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 - Phương pháp thực nghiệm: Thực nghiệm đối với cả giải pháp đã được các chuyên gia đưa ra và giải pháp đề xuất, so sánh đánh giá nhằm xác định tính khả thi, hiệu quả, mức độ giải quyết những vấn đề đang gặp phải trong việc đảm bảo an toàn dữ liệu lưu trữ trong bộ nhớ 5 Cấu trúc của đề tài Ngoài phần mở đầu, tài liệu tham khảo, tiểu luận gồm 3 chương: - Chương 1: BỘ NHỚ MÁY TÍNH - Chương 2: QUẢN LÍ BỘ NHỚ MÁY TÍNH - Chương 3: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIÚP TỐI ƯU BỘ NHỚ 8 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com) lOMoARcPSD|38544120 NỘI DUNG CHƯƠNG 1: BỘ NHỚ MÁY TÍNH 1.1 Bộ nhớ máy tính Bộ nhớ máy tính (tiếng Anh: Computer data storage), thường được gọi là ổ nhớ (storage) hoặc bộ nhớ (memory), là một thiết bị công nghệ bao gồm các phần tử máy tính và lưu trữ dữ liệu, được dùng để duy trì dữ liệu số Nó là một linh kiện cơ bản có chức năng cốt lõi của các máy tính Bộ nhớ máy tính bao gồm các bộ nhớ điện tĩnh (non-volatile memory) để lưu trữ được dữ liệu của máy tính một cách lâu dài (khi kết thúc một phiên làm việc của máy tính thì dữ liệu không bị mất đi), hoặc bộ nhớ điện động (volatile memory) để lưu dữ liệu tạm thời trong quá trình làm việc của máy tính (khi kết thúc một phiên làm việc của máy tính thì bộ nhớ này bị mất hết dữ liệu) Các thiết bị lưu trữ dữ liệu cho bộ nhớ lâu dài bao gồm: Đĩa cứng, Đĩa mềm, Đĩa quang, Băng từ, ROM, các loại bút nhớ Các thiết bị lưu trữ dữ liệu tạm thời trong quá trình làm việc: RAM máy tính, Cache Hầu hết các bộ nhớ nêu trên thuộc loại bộ nhớ có thể truy cập dữ liệu ngẫu nhiên, riêng băng từ là loại bộ nhớ truy cập tuần tự Bộ nhớ máy tính có thể chia thành hai dạng: Bộ nhớ trong (main memory) và bộ nhớ ngoài (external storage) Bộ nhớ máy tính (tiếng Anh: Computer data storage), thường được gọi là ổ nhớ (storage) hoặc bộ nhớ (memory), là một thiết bị công nghệ bao gồm các phần tử máy tính và lưu trữ dữ liệu, được dùng để duy trì dữ liệu số Nó là một linh kiện cơ bản có chức năng cốt lõi của các máy tính Bộ nhớ máy tính bao gồm các bộ nhớ điện tĩnh (non-volatile memory) để lưu trữ được dữ liệu của máy tính một cách lâu dài (khi kết thúc một phiên làm việc của máy tính thì 9 Downloaded by Uy vu Nguyen (tailieuso.11@gmail.com)