PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG THEO PHƯƠNG PHÁP ÁNH xạ TOÀN PHẦN (FULL) GIỮA bộ NHỚ CACHE và bộ NHỚ CHÍNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN: VŨ KHOAN MÃ SINH VIÊN: 20T1020428 PHÂN TÍCH Q TRÌNH HOẠT ĐỘNG THEO PHƯƠNG PHÁP ÁNH XẠ TOÀN PHẦN (FULL) GIỮA BỘ NHỚ CACHE VÀ BỘ NHỚ CHÍNH TÊN HỌC PHẦN: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH MÃ HỌC PHẦN: TIN2013 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ĐẶNG THANH CHƯƠNG HUẾ, THÁNG NĂM 2021 Danh sách từ viết tắt BNC: Bộ nhớ BXL: Bộ xử lý Mục lục PHẦN MỞ ĐẦU……………………………………………………… 1.1 1.2 Lý chọn đề tài nghiên cứu ……………………………………… Mục tiêu nội dung đề tài …………………………………………… 1.2.1 Mục tiêu đề tài ……………………………………………………… 1.2.2 Nội dung đề tài …………………………………………………… PHẦN NỘI DUNG……………………………………………………………… PHẦN KẾT LUẬN/NHẬN XÉT/ĐÁNH GIÁ/KIẾN NGHỊ……………… Tài liệu tham khảo…………………………………………………………… PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài nghiên cứu Hiện nay, hầu hết máy tính xây dựng sử dụng mơ hình Von Neumann, với trung tâm nhớ Chương trình thực thi trình lưu nhớ Chúng ta kỷ nguyên ngành Cơng nghệ thơng tin, đóng góp nhiều lợi ích đời sống sản xuất, khoa học kỹ thuật, kinh tế trị vận động xã hội quy mô Việc nắm bắt thơng tin nhanh chóng, kịp thời xác ngày đóng vai trị cốt yếu quản lý điều hành   Chắc hẳn chúng ta, người biết máy tính hoạt động tuân theo quy tắc Các liệu (data) lưu đâu hoạt động theo phương pháp Dựa theo phương pháp đó, so sánh nhớ cache (cache memory) nhớ (main memory Để phân tích q trình hoạt động theo phương pháp ánh xạ tồn phần nhớ cache nhớ chính, tìm hiểu nội dung đề tài 1.2 Mục tiêu nội dung đề tài 1.2.1 Mục tiêu đề tài Đề tài nghiên cứu vấn đề liên quan tới phương pháp ánh xạ toàn phần Đặc biệt áp dụng phương pháp để so sánh nhớ cache nhớ Cung cấp kiến thức sâu nhớ nhanh, phương pháp ánh xạ nhớ 1.2.2 Nội dung đề tài - Tìm hiểu khái niệm, tính ứng dụng kiểu nhớ - Tìm hiểu sâu phương pháp ánh xạ nhớ (ánh xạ trực tiếp, ánh xạ liên kết toàn phần, ánh xạ liên kết tập hợp) - Phân tích trình hoạt động phương pháp ánh xạ tồn phần lên nhớ cache nhớ PHẦN NỘI DUNG 2.1 Phương pháp ánh xạ toàn phần 2.1.1 Các dạng địa Bộ xử lý phát  Mỗi Block BNC ánh xạ vào Line Cache  Khi đó, địa BXL phát có dạng:  Word: xác định ngăn nhớ Block  Block có 2w ngăn nhớ  Tag: xác định Block Line  Số lượng Block: 2s  Dung lượng BNC: 2s + w ngăn nhớ 2.1.2 Sơ đồ thực [1] 2.1.3 Một số ví dụ [1]  Input:  Kích thước Bộ nhớ chính: 4GB  Kích thước Cache: 1MB  Kích thước Line = 32 byte  Output:  Kích thước Bộ nhớ chính: 4GB = 232 byte => N = 32 bit  Kích thước Line = 32 byte = 25 byte => Word = bit  => Số bit trường Tag: T = 32 - = 27 bit Tag 27 bit Word bit 2.2 Bộ nhớ cache 2.2.1 Khái niệm  Cache nhớ đệm chứa liệu, liệu nằm chờ yêu cầu từ ứng dụng phần cứng  Dữ liệu chứa cache thuật toán thực yêu cầu liệu trùng lưu trữ nơi khác  Thường có kích thước nhỏ: 256KB, 512KB, 1MB, 2MB, … Hình 2.2.1 Mơ hình hoạt động nhớ cache máy tính 2.2.2 Vai trị  Nâng cao hiệu hệ thống:  Cân tốc độ nhanh CPU tốc độ chậm nhớ  Thời gian truy cập trung bình hệ thống nhớ gần thời gian truy cập nhớ cache  Giảm chi phí sản xuất:  Nếu hệ thống có hiệu hệ thống có cache rẻ  Nếu hệ thống có chi phí, hệ thống có cache nhanh 2.2.3 Các nguyên lý nhớ cache [2]  Cục không gian:  Nếu vị trí nhớ truy cập, khả vị trí gần truy cập thời gian gần tới cao  Áp dụng với mục liệu lệnh có thứ tự theo chương trình  Hầu hết lệnh chương trình có thứ tự tuần tự, cache đọc khối liệu trơng nhớ, mà bao gồm phần tử xung quanh vị trí phần tử truy cập Neighbour cell Current cell Neighbour cell Hình 2.2.3.a Cục khơng gian nhớ cache  Cục thời gian:  Nếu vị trí nhớ truy cập, khả truy cập thời gian gần tới cao  Áp dụng với mục liệu lệnh vòng lặp  Cache đọc khối liệu nhớ bao gồm tất thành phần lặp Hình 2.2.3.b Cục thời gian nhớ cache 2.2.4 Trao đổi liệu nhớ cache[2]  CPU đọc/ghi mục liệu riêng biệt từ/vào nhớ cache  Cache đọc/ghi khối liệu từ/vào nhớ Hình 2.2.4 Sơ đồ trao đổi liệu nhớ cache 2.2.5 Tỉ lệ Hit Miss nhớ cache [2]      Hit kiện CPU truy cập tới mục liệu mà tìm cache Khả xảy Hit gọi tỷ lệ Hit (H)