Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 4: Thanh ghi và bộ nhớ cung cấp cho sinh viên các kiến thức: Bộ nhớ, linh kiện cơ bản của hệ thống bộ nhớ. Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên chuyên ngành Công nghệ thông tin dùng làm tài liệu tham khảo phục vụ học tập và nghiên cứu.
Chương IV: THANH GHI & BỘ NHỚ Bộ nhớ • • • • • Bit ðịa nhớ Thứ tự byte Mã sửa lỗi Bộ nhớ thứ cấp • • • • Băng từ ðĩa từ ðĩa mềm ðĩa quang Linh kiện hệ thống nhớ • • • • Chốt Flip-flop ghi Tổ chức nhớ Thuộc tính nhớ Trường ðHSP TPHCM 1 BỘ NHỚ • Bộ nhớ (memory) thành phần lưu trữ chương trình liệu máy tính • Bit – ðơn vị nhớ số nhị phân, gọi bit • ðịa nhớ - Bộ nhớ gồm số (hoặc vị trí), (cell) chứa mẩu thông tin Mỗi ô gắn số gọi địa (address), qua chương trình tham chiếu • Tất nhớ chứa số bit • Các kế cận có địa liên tiếp • Ơ đơn vị lập địa nhỏ -> chuẩn hóa bit, gọi byte Byte nhóm lại thành từ (word) – hầu hết lệnh ñược thực từ Trường ðHSP TPHCM • Thứ tự byte (a) Bộ nhớ đầu lớn, (b) Bộ nhớ ñầu nhỏ Trường ðHSP TPHCM Mã Hamming • Mã sửa lỗi – Bộ nhớ đơi bị lỗi xung ñột ñiện áp số nguyên nhân khác ðể khắc phục, hầu hết nhớ áp dụng mã dị lỗi mã sửa lỗi Một số bit ñược thêm vào từ nhớ theo cách ñặc biệt Lúc ñọc từ nhớ, bit bổ sung ñược kiểm tra xem có phát sinh lỗi hay khơng • ðơn vị n (n=m+r) bit gồm m bit liệu r bit kiểm tra ñược gọi từ mã (codeword) n bit • Số vị trí bit khác hai từ mã ñược gọi khoảng cách Hamming Trường ðHSP TPHCM Mã Hamming • Khi đọc nhớ từ mã bất hợp lệ, máy tính nhận biết phát sinh lỗi nhớ Căn vào thuật tốn dùng để tính tốn bit kiểm tra, lập danh sách ñầy ñủ từ mã hợp lệ, từ danh sách tìm từ mã có khoảng Hamming tối thiểu so với từ mã bất hợp lệ • Thuộc tính dị lỗi sửa lỗi mã tùy thuộc vào khoảng cách Hamming • ðể dị d lỗi bit cần mã với khoảng cách d+1 • ðể sửa d lỗi bit, cần mã với khoảng cách 2d+1 Trường ðHSP TPHCM • Ví d : • Mã dị lỗi: Bit chẵn lẻ (parity bit) • Mã sửa lỗi: Xem mã có từ mã hợp lệ: 0000000000, 0000011111, 1111100000, 1111111111 Mã có khoảng cách -> sửa lỗi bit • (m+r+1) ≤ 2r Trường ðHSP TPHCM Mã Hamming • Ví dụ: Mã Hamming (11,7) cho số bit 0110101, ta thêm vào bit chẵn lẽ vị trí 1, 2, ,8 (20,21,22,23) Trường ðHSP TPHCM Mã Haming • Mã Hamming (11,7) cho số bit liệu 0110101, thành 10001100101, giả sử truyền sai bit cuối thành 10001100100 Trường ðHSP TPHCM • Thuật tốn Hamming để tạo mã sửa lỗi: thêm r bit chẵn lẻ vào từ m bit Bit ñược ñánh số từ 1, với bit bit bên góc trái (thứ tự cao) Tất bit có vị trí lũy thừa ñều bit chẵn lẻ, lại dùng cho liệu Bit b ñược kiểm tra bit chẵn lẻ: b1, b2, b4…, bi,sao cho b= b1+ b2+ … +bj Kiểm tra tất bit chẵn lẻ, tất tức khơng có lỗi, cộng hết tất vị trí bit chẵn lẻ sai, kết vị trí bit sai • Vi d : Trường ðHSP TPHCM • ðĩĩa từ Trường ðHSP TPHCM 10 • ðĩĩa mềm • ðĩĩa quang Trường ðHSP TPHCM 11 LINH KIỆN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG BỘ NHỚ • Chốt Trường ðHSP TPHCM 12 Trường ðHSP TPHCM 13 • Flip-Flop ghi • Flip-Flop Trường ðHSP TPHCM 14 I0 Clock D Q A0 Q A1 Q A2 Q A3 CLK CLR • Thanh ghi I1 D CLK CLR Thanh ghi nhóm mạch lật (mỗi mạch lưu bit liệu) cổng tác dộng ñến chuyển tiếp I2 D CLR CLK D CLK CLR Thanh ghi nạp song song I3 - Thanh ghi bit Clear Trường ðHSP TPHCM 15 Thanh ghi dịch bit • Thanh ghi có khả dịch thơng tin nhị phân theo hướng ñược gọi ghi dịch Serial input D CLK Q D Q CLK D CLK Q D Q Serial output CLK Clock • Serial input – cho liệu vào • Serial ouput – cho liệu • Clock – sung ñồng hồ ñể ñiều khiển thao tác dịch Trường ðHSP TPHCM 16 - IC Flip-Flop ghi bit Trường ðHSP TPHCM 17 - Tổ chức nhớ Trường ðHSP TPHCM 18 A typical CPU and main memory interface Trường ðHSP TPHCM 19 - Thuộc tính nhớ Thơng số loại nhớ Trường ðHSP TPHCM 20 Cache memory • Sự kết hợp lượng nhỏ nhớ nhanh lượng lớn nhớ chậm nhằm ñạt tốc ñộ nhớ nhanh dung lượng nhớ lớn giá thành phải ñã cho ñời nhớ CACHE – nhớ nhỏ nhanh • Trong Cache lưu trữ từ thường xun sử dụng • Nếu CPU cần từ trước hết tìm cache, khơng có tìm nhớ Trường ðHSP TPHCM 21 Bộ nhớ ðảm bảo lưu trữ máy tính - CPU cần đọc liệu từ nhớ ghi ñược liệu vào nhớ - ða số máy tính có: bus địa chỉ, bus liệu bus ñiều khiển - MAR – ghi ñiạ nhớ, ñiều khiển bus ñịa - MBR – ghi ñệm nhớ, ñiều khiển bus liệu Trường ðHSP TPHCM 22 Một số thuật ngữ kỹ thuật • • • • • • • • • • • • RAM (Random Access Memory) SRAM (Static RAM) DRAM (Dynamic RAM) FPM-DRAM (Fast Page Mode DRAM) EDO-DRAM (Extended Data Out DRAM) BDEO-DRAM (Burst Extended Data Out DRAM) SDRAM (Synchronous DRAM) DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) DRDRAM (Direct Rambus DRAM) SLDRAM (Synchronous-Link DRAM) VRAM (Video RAM) SGRAM (Synchronous Graphic RAM) PC66, PC100, PC133, PC1600, PC2100, PC2400 Trường ðHSP TPHCM 23 ROM (Read Only Memory) Các loại ROM • PROM (Programmable ROM) • EPROM (Erasable Programmable ROM) • EEPROM (Electronic Erasable Programmable ROM) Trường ðHSP TPHCM 24 Câu hỏi ôn tập Cho chuỗi bít cần truyền 1010111 Hãy xác định bit cần thêm vào tiến hành mã hóa theo thuật tốn Haming? Khi nhận chuỗi bít 101010101 có xảy lỗi q trình truyền hay khơng? • Cho tín hiệu D: 11110000, CK:00001111 Q(0)=1 Hãy vẽ tín hiệu Q dùng mạch FlipFlop Trường ðHSP TPHCM 25 ... ðảm bảo lưu trữ máy tính - CPU cần ñọc ñược liệu từ nhớ ghi ñược liệu vào nhớ - ða số máy tính có: bus địa chỉ, bus liệu bus ñiều khiển - MAR – ghi ñiạ nhớ, ñiều khiển bus ñịa - MBR – ghi ñệm... dịch Trường ðHSP TPHCM 16 - IC Flip-Flop ghi bit Trường ðHSP TPHCM 17 - Tổ chức nhớ Trường ðHSP TPHCM 18 A typical CPU and main memory interface Trường ðHSP TPHCM 19 - Thuộc tính nhớ Thơng số... phần lưu trữ chương trình liệu máy tính • Bit – ðơn vị nhớ số nhị phân, gọi bit • ðịa nhớ - Bộ nhớ gồm số ô (hoặc vị trí), (cell) chứa mẩu thông tin Mỗi ô gắn số gọi địa (address), qua chương trình