Đề tài trình bày về tổ chức bộ nhớ trong hệ thống máy tính và liên hệ trình bày thiết kế phân cấp bộ nhớ của intel core i7

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TINVÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH ---BÁO CÁO HỌC PHẦN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH TÊN ĐỀ TÀI: TRÌNH BÀY VỀ TỔ CHỨC BỘ NHỚ TRONG HỆ THỐNG MÁY TÍ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN

KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH

-BÁO CÁO HỌC PHẦN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

TÊN ĐỀ TÀI:

TRÌNH BÀY VỀ TỔ CHỨC BỘ NHỚ TRONG HỆ THỐNG

MÁY TÍNH VÀ LIÊN HỆ TRÌNH BÀY THIẾT KẾ PHÂN CẤP BỘ NHỚ CỦA INTEL CORE I7.

SỬ THỊ HÀ MY 23AI031 NGUYỄN MINH KHANG 23AI020 VĂN TRỌNG HUY 23AI018 KSOR TRIỆU MINH KHÁNH 23AI021 Giảng viên hướng dẫn: THS TRẦN THU THUỶ

Đà Nẵng, tháng 6 năm 2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ

TRUYỀN THÔNG VIỆT – HÀN

KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH

-BÁO CÁO MÔN HỌC KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

TÊN ĐỀ TÀI:

TRÌNH BÀY VỀ TỔ CHỨC BỘ NHỚ TRONG HỆ THỐNG

MÁY TÍNH VÀ LIÊN HỆ TRÌNH BÀY THIẾT KẾ

PHÂN CẤP BỘ NHỚ CỦA INTEL CORE I7.

Sinh viên thực hiện: ĐỖ PHÚC VŨ HÀ 23AI12

SỬ THỊ HÀ MY 23AI031 NGUYỄN MINH KHANG 23AI020 VĂN TRỌNG HUY 23AI018 KSOR TRIỆU MINH KHÁNH 23AI021

Giảng viên hướng dẫn: ThS TRẦN THU THUỶ

Đà Nẵng, tháng 6 năm 2024

NHẬN XÉT

(Của giảng viên hướng dẫn)

Chữ ký của giảng viên hướng dẫn

LỜI CẢM ƠN

Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông Việt – Hàn đã truyền đạt cho nhóm những kiến thức và bài học quý báu trong môn học vừa qua

Nhóm xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến cô giáo ThS Trần Thu Thuỷ -giảng viên bộ môn “Kiến trúc máy tính” đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ nhóm trong suốt quá trình làm dự án, giúp nhóm có thêm nhiều kiến thức bổ ích, và hiểu

rõ hơn vấn đề mình nghiên cứu Và trong thời gian làm dự án vừa qua, cô đã giành nhiều thời gian quý báu và tâm huyết để hướng dẫn nhóm hoàn thành dự án này Dưới đây là kết quả của quá trình tìm hiểu và nghiên cứu mà nhóm đã đạt được trong học kỳ vừa qua Tuy có nhiều cố gắng học hỏi trau dồi để nâng cao kiến thức nhưng không thể tránh khỏi những sai sót Nhóm rất mong được những sự góp ý quý báu của các thầy giáo, cô giáo cũng như tất cả các bạn để dự án của nhóm được hoàn thiện hơn

Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

NHẬN XÉT 3

(Của giảng viên hướng dẫn) 3

LỜI CẢM ƠN 4

MỤC LỤC 5

DANH MỤC HÌNH ẢNH 6

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 9 1.1 Giới thiệu đề tài 9

1.2 Phương pháp nghiên cứu 9

1.3 Phạm vi nghiên cứu 9

1.4 Cấu trúc báo cáo 10

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BỘ NHỚ TRONG HỆ THỐNG MÁY TÍNH 11 2.1 Giới thiệu 11

2.2 Các loại bộ nhớ trong máy tính 11

CHƯƠNG 3 Thiết kế phân cấp bộ nhớ của Intel core i7 14 3.4 Ưu điểm và ứng dụn 14

3.4.1 Ưu điểm 14

3.4.2 Ứng dụng: 14

3.5.2 Thách thức và Tiềm năng: 15

CHƯƠNG 4: Tổng kết 15

4.1.1 Kết luận: 15

4.1.2 Cái nhìn về tương lai 15

CHƯƠHG 5: ĐÁNH GIÁ 15

5.1 Phân công công việc từng thành viên: 15

5.1.1 Sử Thị Hà My: 15

5.1.2 Đỗ Phúc Vũ Hà 16

5.1.3 Nguyễn Minh Khang 16

5.1.4 Ksor Triệu Minh Khánh 16

5.1.5 Văn Trọng Huy 16

5.2 Đánh giá từng thành viên: 16

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Hình ảnh minh hoạ RAM và ROM.

Hình 2.2: Hình ảnh minh hoạ SSD và HDD.

Hình 2.3: Hình ảnh minh hoạ bộ nhớ Cache.

MỞ ĐẦU

Trong hệ thống máy tính hiện đại, tổ chức bộ nhớ đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định hiệu suất và khả năng xử lý của máy tính Bộ nhớ không chỉ đơn thuần là nơi lưu trữ dữ liệu, mà còn phải đảm bảo truy cập nhanh chóng và hiệu quả để hỗ trợ các tác vụ tính toán phức tạp Intel Core i7, một trong những dòng vi xử lý cao cấp của Intel, nổi bật với thiết kế phân cấp bộ nhớ tối ưu Bài báo cáo này sẽ giới thiệu tổng quan về tổ chức bộ nhớ trong hệ thống máy tính và đi sâu vào phân tích cấu trúc bộ nhớ phân cấp của Intel Core i7, qua đó làm sáng tỏ cách mà sự kết hợp giữa các loại bộ nhớ khác nhau góp phần nâng cao hiệu suất và trải nghiệm người dùng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu đề tài

1.1.1 Mục tiêu nghiên cứu

• Mục tiêu nghiên cứu chính là nhằm hiểu rõ về tổ chức bộ nhớ trong hệ thống máy tính và khám phá cấu trúc phân cấp bộ nhớ, từ đó phân tích thiết kế bộ nhớ của vi

xử lý Intel Core i7

1.1.2 Nguyên do nghiên cứu

• Nghiên cứu về tổ chức bộ nhớ trong hệ thống máy tính và thiết kế phân cấp bộ nhớ của Intel Core i7 nhằm đáp ứng nhu cầu nâng cao hiệu suất và khả năng xử lý của các hệ thống hiện đại Các ứng dụng yêu cầu cao về hiệu suất, như trí tuệ nhân tạo và xử lý dữ liệu lớn, đòi hỏi tối ưu hóa cấu trúc bộ nhớ để cải thiện tốc độ và hiệu quả Việc nghiên cứu cấu trúc bộ nhớ của Intel Core i7 sẽ giúp hiểu rõ hơn về cách các công nghệ tiên tiến được tích hợp và vận hành, đồng thời cung cấp khuyến nghị thiết kế hữu ích cho các nhà phát triển, góp phần nâng cao chất lượng

và hiệu suất của hệ thống máy tính

1.2 Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp nghiên cứu bao gồm thu thập thông tin từ tài liệu khoa học và nguồn trực tuyến về tổ chức bộ nhớ và thiết kế phân cấp bộ nhớ, tập trung vào kiến trúc

và công nghệ của Intel Core i7 Phân tích cấu trúc phân cấp bộ nhớ, bao gồm L1, L2, L3 cache và RAM, và so sánh các mô hình tổ chức khác nhau Sử dụng phần mềm mô phỏng để đánh giá hiệu suất và thực hiện thí nghiệm so sánh Intel Core i7 với các vi xử lý khác Cuối cùng, phân tích kết quả để đưa ra khuyến nghị thiết

kế bộ nhớ hiệu quả cho các hệ thống máy tính hiện đại

1.3 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi thực hiện đồ án dựa trên những kiến thức thu được từ những môn học

trong quá trình học tập tại trường và tham khảo thêm một số tài liệu bên ngoài để bổ

sung thêm những kiến thức nhằm hoàn thiện đề tài tốt hơn, đáp ứng được những mục tiêu đề tài

1.3.1 Tổ chức bộ nhớ trong hệ thống máy tính

- Nghiên cứu về các loại bộ nhớ như cache và RAM, cùng vai trò của chúng trong quá trình xử lý dữ liệu

- Phân tích cách tổ chức bộ nhớ ảnh hưởng đến hiệu suất và khả năng xử lý của hệ thống

1.3.2 Thiết kế phân cấp bộ nhớ của Intel core i7.

- Nghiên cứu chi tiết về thiết kế phân cấp bộ nhớ của Intel Core i7, bao gồm cấu trúc và công nghệ của các cấp độ cache (L1, L2, L3)

- Liên kết giữa thiết kế phân cấp bộ nhớ và hiệu suất hoạt động của Intel Core i7

1.3.3 Liên hệ trình bày.

- Trình bày cách tổ chức bộ nhớ trong hệ thống máy tính ảnh hưởng đến hiệu suất và khả năng xử lý

- Liên kết giữa tổ chức bộ nhớ trong hệ thống máy tính và thiết kế phân cấp bộ nhớ của Intel Core i7

1.4 Cấu trúc báo cáo

Báo cáo của chúng em bao gồm các chương sau :

- Chương 1: Tổng quan đề tài

- Chương 2: Tổng quan về các loại bộ nhớ trong hệ thống máy tính

- Chương 3: Thiết kế phân cấp bộ nhớ của Intel core i7

- Chương 4: Tổng kết

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BỘ NHỚ TRONG

HỆ THỐNG MÁY TÍNH.

2.1 Giới thiệu

Trong hệ thống máy tính hiện đại, bộ nhớ đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc lưu trữ và truy xuất dữ liệu Bộ nhớ không chỉ đơn thuần là nơi lưu trữ thông tin mà còn là yếu tố quyết định sự hiệu quả và tốc độ hoạt động của mọi hoạt động xử lý trên máy tính

Bộ nhớ có thể được chia thành ba loại chính: bộ nhớ chính (RAM), bộ nhớ đệm (cache),

và bộ nhớ phụ (ổ đĩa cứng HDD hoặc ổ đĩa SSD) Bộ nhớ chính (RAM) là nơi lưu trữ dữ liệu tạm thời trong quá trình thực thi các chương trình và hoạt động của hệ điều hành Bộ nhớ đệm (cache) là một lớp bộ nhớ nhanh được sử dụng để lưu trữ dữ liệu và chỉ thị mà

hệ thống máy tính thường xuyên truy cập, giúp tăng tốc độ xử lý Còn bộ nhớ phụ (ổ đĩa cứng HDD hoặc ổ đĩa SSD) là nơi lưu trữ dữ liệu vĩnh viễn cho các ứng dụng và tập tin

Mỗi loại bộ nhớ đều có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự mượt mà và hiệu quả của hệ thống máy tính Với vai trò không thể phủ nhận của mình, bộ nhớ đã và đang được nghiên cứu và phát triển liên tục để nâng cao hiệu suất và khả năng lưu trữ của các hệ thống máy tính Trong báo cáo này, chúng ta sẽ cùng nhau khám phá sâu hơn về các loại

bộ nhớ và vai trò của chúng trong hệ thống máy tính

2.2 Các loại bộ nhớ trong máy tính

Các loại bộ nhớ trong hệ thống máy tính có thể được chia thành ba loại chính: bộ nhớ chính, bộ nhớ phụ và bộ nhớ đệm Mỗi loại bộ nhớ này có vai trò và đặc điểm riêng biệt, cùng nhau tạo nên một hệ thống bộ nhớ hoàn chỉnh, đáp ứng nhu cầu xử lý và

lưu trữ dữ liệu của máy tính

2.2.1 Bộ nhớ chính (Primary Memory):

- Định nghĩa: Bộ nhớ máy tính là một thành phần quan trọng trong một hệ thống máy tính Nó giúp lưu trữ và truy xuất dữ liệu cũng như chương trình trong quá trình hoạt động của máy tính Bộ nhớ của hệ thống máy tính được chia thành nhiều loại, mỗi loại có đặc điểm và chức năng riêng

Hình 2.1: Hình ảnh minh hoạ RAM và ROM.

- Định nghĩa: RAM là loại bộ nhớ ngẫu nhiên và truy cập ngẫu nhiên, cho phép lưu trữ

và truy xuất dữ liệu từ bất kỳ vị trí nào trong bộ nhớ/ mà không cần phải truy xuất tuần tự Nó có tốc độ truy xuất nhanh và thường được sử dụng làm bộ nhớ tạm thời trong quá trình hoạt động của hệ điều hành và các chương trình

- Chức năng: RAM giữ các chương trình đang chạy và dữ liệu tạm thời để máy tính có thể nhanh chóng truy cập và xử lý thông tin Khi tắt máy tính, dữ liệu trong RAM sẽ

bị mất

- Vai trò: Đóng vai trò là bộ nhớ chính, cung cấp không gian lưu trữ tạm thời cho CPU truy cập và xử lý dữ liệu hiệu quả, đảm bảo tốc độ hoạt động cao cho máy tính

- Có 2 loại công nghệ RAM: DRAM (RAM động) và SRAM (RAM tĩnh)

 DRAM: Lưu trữ dữ liệu trong các tụ điện và cần được làm mới thường xuyên DRAM có dung lượng lớn và giá thành thấp, nhưng tốc độ truy xuất thấp hơn so với SRAM Nó thường được sử dụng làm bộ nhớ chính trong các hệ thống máy tính

 SRAM: Lưu trữ dữ liệu trong các flip-flop và không cần làm mới SRAM có tốc

độ truy xuất nhanh hơn DRAM, nhưng dung lượng nhỏ hơn và giá thành cao hơn Nó thường được sử dụng trong bộ nhớ cache của CPU và các ứng dụng yêu cầu tốc độ truy xuất cao

- Định nghĩa: ROM là loại bộ nhớ chỉ đọc, trong đó dữ liệu không thể chỉnh sửa hoặc

xóa Thường được cài đặt sẵn bởi nhà sản xuất, ROM chứa các chương trình và thông tin quan trọng như quy trình khởi động máy tính và cài đặt hệ điều hành

- Chức năng: : ROM giữ lại các thông tin quan trọng như BIOS (Basic Input/Output

System) để giúp máy tính khởi động và hoạt động cơ bản

- Vai trò: Đảm bảo quá trình khởi động và hoạt động đúng đắn của máy tính bằng cách cung cấp các mã lệnh và chương trình cơ bản không thể bị thay đổi

- Một số kiểu ROM: PROM, EPROM, EEPROM

 PROM: Được lập trình một lần bằng điện áp cao và thường được sử dụng để lưu trữ dữ liệu cần giữ vĩnh viễn

 EPROM: Có thể xóa bằng tia UV và lập trình lại nhiều lần, phù hợp cho việc phát triển và thử nghiệm hệ thống

 EEPROM: có khả năng xóa và lập trình lại bằng điện, đồng thời lưu trữ dữ liệu khi mất điện, thường được sử dụng trong các thiết bị nhúng như máy ảnh

và máy nghe nhạc MP3

2.2.2 Bộ nhớ phụ (Secondary Memory):

- Định nghĩa: Bộ nhớ phụ là bộ nhớ dùng để lưu trữ dữ liệu, chương trình và tệp tin lâu dài (vĩnh viễn) Dữ liệu trong bộ nhớ phụ không bị mất khi ngắt nguồn điện Bộ nhớ phụ thường có dung lượng lớn nhưng tốc độ đọc/ghi chậm hơn so với bộ nhớ chính Bao gồm ổ cứng HDD (Hard Disk Drive) và ổ đĩa trạng thái rắn SSD (Solid State Drive)

Hình 2.2: Hình ảnh minh hoạ SSD và HDD.

- Định nghĩa: Ổ cứng là một loại thiết bị lưu trữ dữ liệu dạng từ điển (magnetic

storage) Nó được sử dụng để lưu trữ các tập tin, chương trình và hệ điều hành Ổ cứng thường có dung lượng lớn và tốc độ truy xuất dữ liệu chậm hơn so với RAM

- Chức năng: Ổ cứng được sử dụng để lưu trữ dữ liệu lâu dài, cho phép lưu trữ và truy xuất các tập tin và chương trình dài hạn

- Vai trò: Cung cấp không gian lưu trữ lớn, lâu dài cho dữ liệu và phần mềm với chi phí thấp

- Định nghĩa: SSD là một loại thiết bị lưu trữ không có bộ phận cơ khí và sử dụng công nghệ flash memory (bộ nhớ flash) để lưu trữ dữ liệu. SSD có tốc độ truy xuất nhanh hơn

và ít tiêu thụ điện năng hơn so với HDD

- Chức năng: Tương tự như HDD, SSD được sử dụng để lưu trữ và truy xuất dữ liệu trong

hệ thống máy tính Tuy nhiên, vì tốc độ truy xuất nhanh và khả năng chịu va đập tốt hơn, SSD thường được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu hiệu suất cao như chơi game và xử

lý đồ họa

2.2.3 Bộ nhớ đệm (Cache Memmory):

Hình 2.3 Hình ảnh minh hoạ bộ nhớ Cache.

cầu từ ứng dụng hoặc phần cứng Dữ liệu được chứa trong cache có thể là các

thuật toán đã được thực hiện khi được yêu cầu, hoặc các dữ liệu trùng được lưu

trữ ở một nơi khác

- Chức năng: Khi CPU cần truy cập dữ liệu hoặc mã lệnh, nó sẽ tìm kiếm trong

bộ nhớ đệm trước Nếu không tìm thấy, CPU sẽ truy cập RAM hoặc bộ nhớ

phụ Điều này giúp giảm thời gian truy cập và tăng hiệu suất

- Vai trò: Tăng tốc độ truy cập dữ liệu bằng cách lưu trữ tạm thời dữ liệu và mã

lệnh được sử dụng gần đây, giảm thời gian truy cập vào RAM hoặc bộ nhớ phụ

- Có 2 loại: Write Through và Write Back

 Write Through: Kỹ thuật đơn giản nhất, tất cả các thao tác ghi được thực hiện cho cả cache và bộ nhớ, nhược điểm chậm, tạo ra lưu lượng bộ nhớ đáng kể

bị thay thế cần phải ghi trả cả Block về bộ nhớ chính, nhược điểm mạch phức tạp và khả năng có nút cổ chai

CHƯƠNG 3 Thiết kế phân cấp bộ nhớ của Intel core i7.

3.1 Giới thiệu

phân cấp được sử dụng trong các vi xử lý Intel Core i7 Bộ nhớ phân cấp đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất và hiệu quả của CPU, và việc thiết kế một hệ thống

bộ nhớ hiệu quả là một yếu tố quyết định trong việc tối ưu hóa hiệu suất toàn diện của vi xử lý

3.2 Kiến trúc bộ nhớ phân cấp

cấp thấp đến bộ nhớ cache cấp cao

- Bộ nhớ cache cấp thấp thường có dung lượng nhỏ nhưng tốc độ truy xuất nhanh, được tích hợp ngay trên vi xử lý

- Bộ nhớ cache cấp cao có dung lượng lớn hơn và thường nằm ngoài vi xử lý, nhưng vẫn cung cấp tốc độ truy xuất nhanh hơn so với bộ nhớ chính

3.3 Hiệu Suất và Tối Ưu Hóa

dụng đòi hỏi nhiều tài nguyên và đa nhiệm

- Sự kết hợp giữa các cấp độ bộ nhớ cache cung cấp khả năng lưu trữ dữ liệu trung gian và tối ưu hóa quá trình truy xuất dữ liệu từ bộ nhớ chính

3.4 Ưu điểm và ứng dụn

3.4.1 Ưu điểm

- Hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng

- Công nghệ tiên tiến, khả năng ép xung

3.4.2 Ứng dụng:

- Gaming, đồ họa và thiết kế

- Lập trình và phát triển phần mềm

- Công việc văn phòng đa nhiệm.

- Máy trạm và máy chủ

3.5 Phân tích và đánh giá :

3.5.1 : Hiệu suất tổng thể :

năng lượng, giúp cải thiện trải nghiệm người dùng và hiệu suất toàn diện của hệ thống

- Phân tích sâu hơn về cấu trúc và hoạt động của bộ nhớ phân cấp sẽ giúp hiểu rõ hơn

về cách mà Intel tối ưu hóa hiệu suất của vi xử lý Core i7

3.5.2 Thách thức và Tiềm năng:

với các thách thức mới, bao gồm việc cải thiện hiệu suất và giảm tiêu thụ năng lượng

- Tuy nhiên, tiềm năng cho sự phát triển và cải thiện hiệu suất của bộ nhớ phân cấp cũng rất lớn, nhờ vào sự tiến bộ trong công nghệ và nghiên cứu

3.6 Kết luận

thành phần quan trọng định hình hiệu suất và hiệu quả của hệ thống Sự kết hợp giữa các cấp độ bộ nhớ cache và việc tối ưu hóa hiệu suất giúp Core i7 đạt được hiệu suất vượt trội trong các ứng dụng đa nhiệm và đòi hỏi nhiều tài nguyên

CHƯƠNG 4: Tổng kết

4.1 Kết luận và tổng kết về Intel Core i7

4.1.1 Kết luận

Đặc điểm chính của Intel Core i7

- Hiệu Năng Mạnh Mẽ

- Công Nghệ Turbo Boost

- Hyper-Threading

- Cải Tiến Liên Tục

- Khả Năng Tương Thích

4.1.2 Cái nhìn về tương lai

- Trong tương lai, dòng vi xử lý Intel Core i7 dự kiến sẽ tiếp tục duy trì vị thế hàng