BỘ NHỚ TRONG

CHƯƠNG 6: BỘ NHỚ TRONG CHƯƠNG 6: BỘ NHỚ TRONG  Giới thiệu về hệ thống bộ nhớ máy tính Giới thiệu về hệ thống bộ nhớ máy tính  Tìm hiểu về bộ nhớ chính bán dẫn Tìm hiểu về bộ nhớ chính bán dẫn  Bộ nhớ Cache. Bộ nhớ Cache. 6.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG 6.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG BỘ NHỚ MÁY TÍNH BỘ NHỚ MÁY TÍNH  Các đặc trưng chính của hệ thống bộ nhớ máy tính: Các đặc trưng chính của hệ thống bộ nhớ máy tính:  Vị trí Vị trí  Dung lượng Dung lượng  Đơn vị truyền Đơn vị truyền  Phương thức truy cập Phương thức truy cập  Hiệu suất Hiệu suất  Kiểu vật lý Kiểu vật lý  Đặc tính vật lý Đặc tính vật lý  Cách tổ chức Cách tổ chức Vị trí Vị trí Bộ nhớ máy tính bao gồm cả hai loại bộ nhớ trong và Bộ nhớ máy tính bao gồm cả hai loại bộ nhớ trong và ngoài. Bộ nhớ trong của máy tính thường được đề cập ngoài. Bộ nhớ trong của máy tính thường được đề cập đến như bộ nhớ chính. Bộ nhớ ngoài của máy tính gồm đến như bộ nhớ chính. Bộ nhớ ngoài của máy tính gồm các thiết bị lưu trữ ngoại vi, như đĩa và băng từ, vốn có các thiết bị lưu trữ ngoại vi, như đĩa và băng từ, vốn có thể truy cập được đối với CPU thông qua các bộ điều thể truy cập được đối với CPU thông qua các bộ điều khiển nhập/xuất. khiển nhập/xuất. Dung lượng Dung lượng Với bộ nhớ trong, dung lượng thường được biểu diễn Với bộ nhớ trong, dung lượng thường được biểu diễn dưới dạng byte. (1 byte = 8 bit) hay word. Các độ dài dưới dạng byte. (1 byte = 8 bit) hay word. Các độ dài word phổ biến là 8, 16, và 32 bit. Bộ nhớ ngoài có dung word phổ biến là 8, 16, và 32 bit. Bộ nhớ ngoài có dung lượng được biểu thị theo byte. lượng được biểu thị theo byte. Đơn vị truyền Đơn vị truyền  Với bộ nhớ trong, đơn vị truyền bằng với số đường dữ Với bộ nhớ trong, đơn vị truyền bằng với số đường dữ liệu vào/ra khỏi module bộ nhớ. Giá trị này thường bằng liệu vào/ra khỏi module bộ nhớ. Giá trị này thường bằng với độ dài của một word, nhưng cũng có thể không. Để với độ dài của một word, nhưng cũng có thể không. Để hiểu rõ hơn khái niệm này, ta xét ba khái niệm có liên hiểu rõ hơn khái niệm này, ta xét ba khái niệm có liên quan đến bộ nhớ trong: quan đến bộ nhớ trong:  Word: Đơn vị tự nhiên của tổ chức máy tính. Kích Word: Đơn vị tự nhiên của tổ chức máy tính. Kích thước của một word thường bằng với số bit được sử thước của một word thường bằng với số bit được sử dụng để biểu diễn một số hay độ dài của chỉ thị. Tuy dụng để biểu diễn một số hay độ dài của chỉ thị. Tuy nhiên có rất nhiều ngoại lệ. Lấy ví dụ, máy CRAY-1 có nhiên có rất nhiều ngoại lệ. Lấy ví dụ, máy CRAY-1 có độ dài word 64 bit trong khi có biểu diễn số nguyên 24 độ dài word 64 bit trong khi có biểu diễn số nguyên 24 bit. Máy VAX có nhiều loại độ dài chỉ thị dưới dạng bội bit. Máy VAX có nhiều loại độ dài chỉ thị dưới dạng bội số của byte, và có kích thước word 32 bit. số của byte, và có kích thước word 32 bit.  Các đơn vị khả định địa chỉ: Trong nhiều hệ thống, Các đơn vị khả định địa chỉ: Trong nhiều hệ thống, đơn vị khả định địa chỉ là word. Mặc dù vậy, có một số đơn vị khả định địa chỉ là word. Mặc dù vậy, có một số hệ thống cho phép định địa chỉ ở mức byte. Trong mọi hệ thống cho phép định địa chỉ ở mức byte. Trong mọi trường hợp, mối quan hệ giữa độ dài A của một địa trường hợp, mối quan hệ giữa độ dài A của một địa chỉ và số N các đơn vị khả định địa chỉ là 2 chỉ và số N các đơn vị khả định địa chỉ là 2 A A = N. = N.  Đơn vị truyền: Đối với bộ nhớ chính, đây là số bit Đơn vị truyền: Đối với bộ nhớ chính, đây là số bit đọc/ghi vào bộ nhớ tại một thời điểm. Đơn vị truyền đọc/ghi vào bộ nhớ tại một thời điểm. Đơn vị truyền không nhất thiết bằng một word hay một đơn vị khả không nhất thiết bằng một word hay một đơn vị khả định địa chỉ. Với bộ nhớ ngoài, dữ liệu thường được định địa chỉ. Với bộ nhớ ngoài, dữ liệu thường được truyền theo những đơn vị lớn hơn nhiều so với word truyền theo những đơn vị lớn hơn nhiều so với word và được gọi là khối. và được gọi là khối. Phương thức truy cập Phương thức truy cập  Đây là một trong những yếu tố rõ nhất giúp phân biệt các Đây là một trong những yếu tố rõ nhất giúp phân biệt các kiểu bộ nhớ. Có bốn loại phương thức truy cập: kiểu bộ nhớ. Có bốn loại phương thức truy cập:  Truy cập tuần tự: Truy cập tuần tự: Bộ nhớ được tổ chức thành các đơn Bộ nhớ được tổ chức thành các đơn vị dữ liệu gọi là bản ghi. Việc truy cập phải được thực vị dữ liệu gọi là bản ghi. Việc truy cập phải được thực hiện theo một dãy tuyến tính cụ thể. Thông tin địa chỉ hiện theo một dãy tuyến tính cụ thể. Thông tin địa chỉ được lưu trữ được dùng để phân tích các bản ghi và được lưu trữ được dùng để phân tích các bản ghi và hỗ trợ quá trình tìm kiếm lấy thông tin. Một bộ phận hỗ trợ quá trình tìm kiếm lấy thông tin. Một bộ phận đọc/ghi dùng chung được sử dụng. Bộ phận này phải đọc/ghi dùng chung được sử dụng. Bộ phận này phải được di chuyển từ vị trí hiện thời của nó đến vị trí được di chuyển từ vị trí hiện thời của nó đến vị trí được yêu cầu, quét qua và từ chối các bản ghi trung được yêu cầu, quét qua và từ chối các bản ghi trung gian. Do đó, thời gian để truy cập một bản ghi tùy ý gian. Do đó, thời gian để truy cập một bản ghi tùy ý biến đổi khá cao. biến đổi khá cao. Các đơn vị băng từ Các đơn vị băng từ , được thảo luận , được thảo luận trong chương sau, là đơn vị có dạng truy cập tuần tự. trong chương sau, là đơn vị có dạng truy cập tuần tự.  Truy cập trực tiếp: Truy cập trực tiếp: Cũng như với truy cập tuần tự, truy cập Cũng như với truy cập tuần tự, truy cập trực tiếp bao gồm việc dùng chung một bộ phận đọc/ghi. trực tiếp bao gồm việc dùng chung một bộ phận đọc/ghi. Tuy nhiên, các khối hay bản ghi riêng lẻ có một địa chỉ duy Tuy nhiên, các khối hay bản ghi riêng lẻ có một địa chỉ duy nhất dựa trên vị trí vật lý. Việc truy cập được thực hiện nhất dựa trên vị trí vật lý. Việc truy cập được thực hiện thông qua truy cập trực tiếp cộng với tìm kiếm tuần tự, thông qua truy cập trực tiếp cộng với tìm kiếm tuần tự, đếm, hay chờ để đến được vị trí cuối cùng. Một lần nữa, đếm, hay chờ để đến được vị trí cuối cùng. Một lần nữa, thời gian truy cập là biến đổi. thời gian truy cập là biến đổi. Các đơn vị đĩa Các đơn vị đĩa được trình được trình bày trong chương 7 là các đơn vị truy cập trực tiếp. bày trong chương 7 là các đơn vị truy cập trực tiếp.  Truy cập ngẫu nhiên: Truy cập ngẫu nhiên: Mỗi vị trí khả định địa chỉ trong bộ Mỗi vị trí khả định địa chỉ trong bộ nhớ có mô tả cơ chế định địa chỉ vật lý duy nhất. Thời gian nhớ có mô tả cơ chế định địa chỉ vật lý duy nhất. Thời gian truy cập một vị trí cho trước độc lập với dãy các truy cập truy cập một vị trí cho trước độc lập với dãy các truy cập trước đó và không thay đổi. Do đó, bất kỳ một vị trí nào trước đó và không thay đổi. Do đó, bất kỳ một vị trí nào cũng có thể được chọn ngẫu nhiên và được định địa chỉ cũng có thể được chọn ngẫu nhiên và được định địa chỉ cũng như truy cập trực tiếp. Các hệ thống cũng như truy cập trực tiếp. Các hệ thống bộ nhớ chính bộ nhớ chính được truy cập ngẫu nhiên. được truy cập ngẫu nhiên.  Liên kết: Liên kết: Đây là kiểu truy cập ngẫu nhiên bộ nhớ cho Đây là kiểu truy cập ngẫu nhiên bộ nhớ cho phép thực hiện việc so sánh các vị trí bit có yêu cầu phép thực hiện việc so sánh các vị trí bit có yêu cầu trong một word phục vụ cho việc đối sánh đặc biệt trong một word phục vụ cho việc đối sánh đặc biệt nào đó, và có thể thực hiện thao tác này cùng một lúc nào đó, và có thể thực hiện thao tác này cùng một lúc cho tất cả các word. Do đó một word được trích ra cho tất cả các word. Do đó một word được trích ra dựa trên một phần nội dung của nó chứ không phải dựa trên một phần nội dung của nó chứ không phải dựa trên địa chỉ. Tương tự như với phương thức truy dựa trên địa chỉ. Tương tự như với phương thức truy cập ngẫu nhiên thông thường, mỗi vị trí nhớ có cơ chế cập ngẫu nhiên thông thường, mỗi vị trí nhớ có cơ chế định địa chỉ riêng, và thời gian lấy thông tin không đổi, định địa chỉ riêng, và thời gian lấy thông tin không đổi, độc lập với vị trí hoặc khuôn dạng truy cập trước đó. độc lập với vị trí hoặc khuôn dạng truy cập trước đó. Bộ nhớ cache, được đề cập đến trong mục 6.3 có thể Bộ nhớ cache, được đề cập đến trong mục 6.3 có thể tận dụng cách truy cập liên kết này. tận dụng cách truy cập liên kết này. Hiệu suất Hiệu suất  Đứng trên quan điểm người sử dụng, hai đặc trưng quan Đứng trên quan điểm người sử dụng, hai đặc trưng quan trọng nhất của bộ nhớ là dung lượng và hiệu suất vận trọng nhất của bộ nhớ là dung lượng và hiệu suất vận hành. Có ba tham số hiệu suất được sử dụng: hành. Có ba tham số hiệu suất được sử dụng:  Thời gian truy cập: Thời gian truy cập: Đối với bộ nhớ truy cập ngẫu Đối với bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, đây là thời gian cần thiết để thực hiện một thao nhiên, đây là thời gian cần thiết để thực hiện một thao tác đọc hay ghi, tức là thời gian từ lúc một địa chỉ có tác đọc hay ghi, tức là thời gian từ lúc một địa chỉ có mặt trong bộ nhớ cho đến lúc dữ liệu được lưu trữ mặt trong bộ nhớ cho đến lúc dữ liệu được lưu trữ xong hoặc đã sẵn sàng để sử dụng. Với bộ nhớ truy xong hoặc đã sẵn sàng để sử dụng. Với bộ nhớ truy cập không ngẫu nhiên, thời gian truy cập là thời gian cập không ngẫu nhiên, thời gian truy cập là thời gian cần để định vị bộ phận đọc/ghi tại vị trí được yêu cầu. cần để định vị bộ phận đọc/ghi tại vị trí được yêu cầu.  Thời gian chu kỳ bộ nhớ: Thời gian chu kỳ bộ nhớ: Khái niệm này chủ yếu được Khái niệm này chủ yếu được áp dụng cho bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên và bao gồm áp dụng cho bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên và bao gồm thời gian truy cập cộng với bất kỳ thời gian phụ thêm thời gian truy cập cộng với bất kỳ thời gian phụ thêm được yêu cầu trước khi truy cập thứ hai có thể được được yêu cầu trước khi truy cập thứ hai có thể được thực hiện. Phần thời gian phụ thêm này có thể được thực hiện. Phần thời gian phụ thêm này có thể được yêu cầu nhằm phát sinh dữ liệu nếu chúng được đọc yêu cầu nhằm phát sinh dữ liệu nếu chúng được đọc một cách không loại trừ. một cách không loại trừ.  Tốc độ truyền: Tốc độ truyền: Đây là tốc độ truyền dữ liệu vào/ra Đây là tốc độ truyền dữ liệu vào/ra một đơn vị bộ nhớ. một đơn vị bộ nhớ. [...]... Tức là từng word nhớ được truy cập trực tiếp qua luận lý định địa chỉ Các kiểu bộ nhớ bán dẫn chính gồm có:       Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) Bộ nhớ chỉ đọc khả trình (PROM) Bộ nhớ chỉ đọc khả trình có thể xóa được (EPROM) Bộ nhớ flash Bộ nhớ chỉ đọc khả trình có thể xóa được về mặt điện tử (EEPROM)  Trong số các kiểu bộ nhớ nói trên, RAM là loại bộ nhớ phổ biến nhất... tần số truy cập bộ nhớ bởi CPU Do vậy những bộ nhớ nhỏ hơn, nhanh hơn, đắt tiền hơn được phụ trợ bởi bộ nhớ lớn hơn, chậm hơn, rẻ hơn Chìa khóa cho sự thành công trong cách tổ chức này là yếu tố cuối cùng, tức là giảm thiểu tần số truy cập   Tăng dung lượng Tăng thời gian truy cập Sự phân cấp bộ nhớ Sự phân cấp bộ nhớ 6.2 BỘ NHỚ CHÍNH BÁN DẪN   Tất cả các kiểu bộ nhớ được khảo sát trong phần này... "lập trình" PROM mang lại sự linh hoạt và tiện lợi trong khi ROM vẫn thu hút các đơn đặt hàng có số lượng lớn  Một biến thể khác của bộ nhớ chỉ đọc là bộ nhớ hầu như chỉ đọc Loại bộ nhớ này có ích cho các ứng dụng trong đó thao tác đọc thường xuyên hơn thao tác ghi Có ba dạng phổ biến của bộ nhớ hầu như chỉ đọc là EPROM, EEPROM và bộ nhớ Flash  Bộ nhớ chỉ đọc khả trình xóa được bằng quang học (EPROM)... bộ nhớ có bề mặt từ hóa thuộc loại bất biến Bộ nhớ bán dẫn có thể khả biến hoặc bất biến Bộ nhớ không thể xóa thì không thể thay đổi được, ngoại trừ việc phá hủy đơn vị lưu trữ Bộ nhớ bán dẫn kiểu này được biết đến với tên gọi bộ nhớ chỉ đọc (ROM) Sự phân cấp bộ nhớ  Một sự phân cấp bộ nhớ kiểu mẫu được chỉ ra trên hình sau Khi chúng ta đi từ trên xuống trong sơ đồ phân cấp này, những sự kiện sau... trên mỗi chip  Dạng mới nhất của bộ nhớ bán dẫn là bộ nhớ chớp (flash - bộ nhớ này được đặt tên như vậy do tốc độ tái lập trình khá cao của nó) Được giới thiệu lần đầu tiên vào giữa thập niên 80, bộ nhớ chớp đóng vai trò trung gian giữa EPROM và EEPROM cả về giá cả lẫn chức năng Giống như EEPROM, bộ nhớ chớp sử dụng công nghệ xóa điện tử Một bộ nhớ chớp có thể được xóa trong vài giây, nhanh hơn nhiều... nhất là bộ nhớ bán dẫn, sử dụng công nghệ LSI hay VLSI, và bộ nhớ với bề mặt từ hóa, được dùng cho đĩa và băng từ Đặc tính vật lý  Đặc tính vật lý của sự lưu trữ dữ liệu là rất quan trọng     Trong 1 bộ nhớ khả biến, thông tin phân rã 1 cách tự nhiên hoặc bị mất đi khi nguồn điện bị tắt Trong một bộ nhớ bất biến, thông tin một khi đã được ghi sẽ được lưu giữ mà không bị thoái hóa Các bộ nhớ có... tổ chức bên trong, chức năng, và định thời của ô nhớ phụ thuộc vào công nghệ mạch tích hợp cụ thể được sử dụng và vượt quá phạm vi của giáo trình này Chúng ta chỉ cần biết các ô nhớ riêng lẻ có thể được chọn cho các thao tác đọc và ghi 6.3 BỘ NHỚ CACHE NGUYÊN LÝ  Bộ nhớ cache chứa bản sao của một phần bộ nhớ chính Khi CPU cố gắng đọc một word từ bộ nhớ, word này sẽ được kiểm tra xem có trong cache... một ô nhớ  Một cách phổ biến, ô nhớ có ba bộ phận cuối có khả năng mang tín hiệu điện tử Bộ phận chọn chọn một ô nhớ cho thao tác đọc/ghi Bộ phận điều khiển chỉ ra thao tác là đọc hay ghi Đối với thao tác ghi, một bộ phận cuối khác cung cấp một tín hiệu điện tử cho phép thiết lập trạng thái của ô nhớ thành 0 hay 1 Đối với thao tác đọc, bộ phận cuối đó được sử dụng để cho ra trạng thái của ô nhớ Các... chúng ta có thể xóa chỉ các khối nhớ cần thiết hơn là toàn bộ chip Tuy nhiên, bộ nhớ chớp không cung cấp khả năng xóa ở mức byte Giống như EPROM, bộ nhớ chớp chỉ sử dụng một transistor cho mỗi bit, và vì thế đạt được độ trù mật cao (so với EEPROM) của EPROM TỔ CHỨC  Phần tử cơ sở của một bộ nhớ bán dẫn là ô nhớ Mặc dù có nhiều công nghệ điện tử được sử dụng, tất cảc các ô nhớ bán dẫn đều có chung một... thế ở khả năng cập nhật nhiều lần  Một dạng bộ nhớ hầu như chỉ đọc khác là bộ nhớ chỉ đọc khả trình xóa được bằng điện tử (EEPROM) Với bộ nhớ này, dữ liệu có thể được ghi vào mà không cần phải xóa trước Thao tác ghi mất nhiều thời gian hơn thao tác đọc, khoảng vài trăm micro giây cho một byte Bộ nhớ EEPROM kết hợp lợi điểm của tính bất biến và sự linh hoạt trong việc cập nhật tại chỗ bằng cách sử dụng . chức Vị trí Vị trí Bộ nhớ máy tính bao gồm cả hai loại bộ nhớ trong và Bộ nhớ máy tính bao gồm cả hai loại bộ nhớ trong và ngoài. Bộ nhớ trong của máy tính. phân cấp bộ nhớ Sự phân cấp bộ nhớ Sự phân cấp bộ nhớ 6.2 BỘ NHỚ CHÍNH BÁN DẪN 6.2 BỘ NHỚ CHÍNH BÁN DẪN  Tất cả các kiểu bộ nhớ được khảo sát trong phần