kiến trúc máy tính pham tuan son bài10 hệ thống lưu trữ sinhvienzone com

Bài 10: Hệ thống lưu trữ Phạm Tuấn Sơn ptson@fit.hcmus.edu.vn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân loại • Lưu trữ sơ cấp (primary storage / main memory / internal memory) – Thanh ghi, cache, ROM, RAM • Lưu trữ thứ cấp (secondary storage / external memory) – Đĩa từ (đĩa cứng, đĩa mềm, băng từ), đĩa quang (CD, DVD, BD), flash memory (USB, memory card),… • Lưu trữ cấp ba (tertiary storage / tertiary memory) – Tape library, disk library, optical jukebox,… CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân cấp hệ thống lưu trữ Dung lượng Thời gian truy cập Giá tiền / Đơn vị lưu trữ 100s Bytes < ns CPU Tốc độ truy xuất Giá tiền / Đơn vị lưu trữ Thanh ghi KB – MB ns $150/MB MB – GB 50 – 100 ns $0.58/MB Cache Cần nguồn điện để trì nội dung (Volatile) (trừ ROM) Memory GB 10 ms $0.0025/MB Disk Tape, CD, DVD, BD, USB, memory card,… TB – PB second $0.1/GB Không cần nguồn điện để trì nội dung (Non-volatile) Tape library Dung lượng Disk library, Optical jukebox,… CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lưu trữ sơ cấp CPU Thanh ghi Cache Memory Disk Tape, CD, DVD, BD, USB, memory card,… Tape library Disk library, Optical jukebox,… CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Thanh ghi • Là thiết bị lưu trữ có dung lượng nhỏ tốc độ truy xuất nhanh • Được dùng xử lý – Lưu giữ lệnh liệu (toán hạng, kết tính tốn, bit trạng thái) để xử lý • Có thể làm nhiều cơng nghệ khác nhau: trigger, core, thin film,… • Thường tổ chức thành tập ghi (register file) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Read Only Memory • ROM – Là loại nhớ đọc, khơng thể ghi, khơng cần nguồn điện để trì nội dung • PROM – Programable ROM, ghi lần • EPROM – Eraseable PROM, xóa tia cực tím sau ghi • EEPROM – Electrically EPROM, xóa điện, ghi, xóa byte • FlashROM – Khơng thể xóa byte mà phải xóa khối, tốc độ ghi, xóa cao EPROM CuuDuongThanCong.com EEPROM FlashROM https://fb.com/tailieudientucntt Random Access Memory • loại RAM RAM tĩnh (StaticRAM - SRAM) RAM động (DynamicRAM – DRAM) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bộ nhớ • SDRAM (Synchronous RAM) – Việc truy xuất đồng tín hiệu đồng hồ bên ngồi • Bộ nhớ (main memory / “RAM”) làm từ cơng nghệ SDRAM CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt SDR-SDRAM • SDR-SDRAM (Single Data Rate SDRAM) • DIMM 168-pin (Dual In-line Memory Module) • Data bus: 64 bit Standard name Memory clock Cycle time I/O bus clock Peak transfer rate SDR-66 66 MHz 15 ns 66 MHz 528 MB/s SDR-100 100 MHz 10 ns 100 MHz 800 MB/s SDR-133 133 MHz 7.5 ns 133 MHz 1064 MB/s CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DDR-SDRAM (1/2) • DDR-SDRAM (Double Data Rate) – DDRI-SDRAM • (DIMM 184-pin) – DDRII-SDRAM • (DIMM 240-pin) – DDRIII-SDRAM 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơ chế đọc liệu đĩa cứng • Disk Latency = Seek Time + Rotation Time + Transfer Time – Seek Time – Thời gian di chuyển đầu đọc tới track cần đọc, phụ thuộc vào số track mặt tốc độ actuator • Trung bình < 10 ms – Rotation Time – Thời gian quay đĩa cho sector muốn đọc nằm đầu đọc, phụ thuộc vào tốc độ quay đĩa • 7200 rpm (Revolutions Per Minute) 120 Rev/sec • revolution = 1/120 sec ~ 8.33 milliseconds • Trung bình (1/2 revolution) = 4.17 ms – Transfer Time – Thời gian đọc truyền liệu, phụ thuộc vào mật độ phủ từ sector chuẩn giao tiếp (ATA, SATA, SCSI,…)45 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Kỹ thuật RAID • RAID : Redundant Array of Inexpensive Disks – Kết hợp nhiều ổ đĩa (vật lý) thành hệ thống đĩa (luận lý) phần cứng (RAID controller) phần mềm • Mục đích: – Đảm bảo an tồn liệu – Tăng tốc độ truy xuất hệ thống • Hoạt động: – Dữ liệu lưu đĩa lưu đồng thời lên tất đĩa – Hoạt động hệ thống suốt với người dùng • Loại RAID: 0, 1, 0+1, 1+0, 2, 3, 4, 5, 5+0, 6… CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cấu hình số loại RAID RAID RAID No redundancy, stripping Mirror Data, most expensive solution RAID Parity drive protects against failure CuuDuongThanCong.com RAID Rotated parity across all drives https://fb.com/tailieudientucntt Cơ chế kiểm tra lỗi sửa lỗi • Nguyên nhân gây lỗi: xung điện điện từ trường Phương pháp sửa lỗi: sử dụng mã kiểm tra cách thêm bit vào để phát lỗi (Ví dụ: Parity bit, CRC - cyclic redundancy check, ECC - error correction circuitry, Hamming Code,…) Parity bit • Hamming code • • 48 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Đĩa quang (1/3) • Compact Disc (CD) artwork layer layer of lacquer shiny layer polycarbonate layer A laser beam 49 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Đĩa quang (2/3) • Digital Versatile Disc (DVD) 50 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Đĩa quang (3/3) • HD DVD & Blue-ray Disc 51 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Flash memory (1/3) • Một loại cơng nghệ lưu trữ sử dụng phổ biến – USB, Memory card, ROM,… • Khơng cần nguồn điện để trì liệu (non-volatile) – Một bit liệu tạo từ NMOS transistor với chất dẫn thêm vào G(gate) S(source)/D(drain) để trì electron Có electron tương ứng với bit 1, khơng có electron tương ứng với bit • Ưu điểm – Duy trì liệu lâu dài – It tốn điện • Nhược điểm – Số chu kỳ ghi/ xóa liệu bị giới hạn (do hao mòn) – Hầu hết khoảng 100 ngàn, số triệu chu kỳ ghi/ xóa liệu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Flash memory (2/3) • USB (Universal Serial Bus) 53 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Flash memory (3/3) • Memory card 54 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lưu trữ cấp ba CPU Thanh ghi Cache Memory Disk Tape, CD, DVD, BD, USB, memory card,… Tape library Disk library, Optical jukebox,… CuuDuongThanCong.com 55 https://fb.com/tailieudientucntt Tape library • Thiết bị cho phép kết hợp hàng ngàn băng từ để tạo thành thiết bị lưu trữ có dung lượng lên đến Terabyte, Petabyte 56 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Disk library • Thiết bị cho phép kết hợp hàng ngàn đĩa cứng để tạo thành thiết bị lưu trữ có dung lượng lên đến Terabyte, Petabyte 57 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Optical jukebox • Thiết bị cho phép kết hợp hàng ngàn đĩa quang (CD, DVD, Blue-ray disk) để tạo thành thiết bị lưu trữ có dung lượng lên đến Terabyte, Petabyte 58 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tham khảo • Phần 7.1, 7.2, 8.1, 8.2 P&H 59 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... card),… • Lưu trữ cấp ba (tertiary storage / tertiary memory) – Tape library, disk library, optical jukebox,… CuuDuongThanCong .com https://fb .com/ tailieudientucntt Phân cấp hệ thống lưu trữ Dung... CuuDuongThanCong .com https://fb .com/ tailieudientucntt Lưu trữ sơ cấp CPU Thanh ghi Cache Memory Disk Tape, CD, DVD, BD, USB, memory card,… Tape library Disk library, Optical jukebox,… CuuDuongThanCong .com. .. CuuDuongThanCong .com https://fb .com/ tailieudientucntt Thanh ghi • Là thiết bị lưu trữ có dung lượng nhỏ tốc độ truy xuất nhanh • Được dùng xử lý – Lưu giữ lệnh liệu (tốn hạng, kết tính tốn, bit trạng thái)