LHB kientrucmaytinh ch4 b1

TS Lê Hữu Bình lhbinh@husc.edu.vn; lhbinh@hueic.edu.vn Huế, 9/2021 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Tài liệu tham khảo David A Patterson, John L Hennessy Computer Organization and Design, Revised 4th edition, 2012 William Stallings, Computer Organization and Architecture, 9th edition, 2013 Nguyễn Kim Khánh, Bài giảng kiến trúc máy tính, Viện Cơng nghệ Thông tin Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Version: CA-2017 Chương Bộ nhớ 4.1 Tổng quan ❖ Các đặc trưng nhớ: ➢ Tồn hệ thống máy tính ➢ Chứa chương trình thực liệu có liên quan ➢ Gồm ngăn nhớ đánh địa trực tiếp CPU ➢ Dung lượng nhớ nhỏ khơng gian mà CPU quản lý ➢ Việc quản lý logic nhớ phụ thuộc vào hệ điều hành Chương Bộ nhớ 4.1 Tổng quan ❖ Các đặc trưng nhớ: ➢ Vị trí: ✓ Bên CPU: Tập ghi ✓ Bộ nhớ trong: Bộ nhớ nhớ đệm (cache) ✓ Bộ nhớ ngoài: Các thiết bị lưu trữ ➢ Dung lượng: ✓ Độ dài từ nhớ (tính bit) ✓ Số lượng từ nhớ Chương Bộ nhớ 4.1 Tổng quan ❖ Các đặc trưng nhớ: ➢ Đơn vị truyền ✓ Từ nhớ ✓ Khối nhớ ➢ Phương pháp truy nhập ✓ Truy nhập (băng từ) ✓ Truy nhập trực tiếp (các loại đĩa) ✓ Truy nhập ngẫu nhiên (bộ nhớ bán dẫn) ✓ Truy nhập liên kết (cache) Chương Bộ nhớ 4.1 Tổng quan ❖ Các đặc trưng nhớ ➢ Hiệu (performance): ✓ Thời gian truy nhập ✓ Chu kỳ nhớ ✓ Tốc độ truyền ➢ Kiểu vật lý ✓ Bộ nhớ bán dẫn ✓ Bộ nhớ từ ✓ Bộ nhớ quang Chương Bộ nhớ 4.2 Tổng quan ❖ Phân cấp nhớ Chương Bộ nhớ 4.2 Đơn vị nhớ, địa nhớ, trật tự ô nhớ ❖ Đơn vị nhớ: ➢ Bộ nhớ chia thành ô nhớ, ô nhớ gán địa để xử lý định vị cần truy nhập ➢ Kích thước nhớ tùy thuộc vào thiết kế máy tính ✓ Với máy tính IBM PC: Mỗi nhớ có kích thước byte, từ nhớ (word) có kích thước bytes, từ kép (double word) có kích thước bytes ✓ Với máy tính kiến trúc RISC: Mỗi từ có kích thước bytes Chương Bộ nhớ 4.2 Đơn vị nhớ, địa nhớ, trật tự nhớ ❖ Địa hóa nhớ: ➢ Mỗi ô nhớ gán địa để xử lý định vị cần truy nhập ➢ Nếu nhớ có n nhớ, chúng đánh địa từ đến n - 1, địa biểu diễn số nhị phân 10 Chương Bộ nhớ 4.3 Phân loại nhớ bán dẫn ❖ RAM tĩnh (SRAM: Static RAM) ➢ Các bit lưu dựa Flip- Flop (4-8 FF lưu bit) ➢ Thông tin lưu ổn định ➢ Cấu trúc phức tạm ➢ Dung lượng nhỏ (KB) ➢ Tốc độ nhanh (6-8 ns) ➢ Dùng làm cache ➢ Giá thành cao 15 Chương Bộ nhớ 4.3 Phân loại nhớ bán dẫn ❖ RAM động (DRAM: Dynamic RAM) ➢ Các bit lưu dựa tụ điện => nguyên nhân thường xuyên làm tươi ➢ Dung lượng lớn ➢ Tốc độ chậm (60-80ns) ➢ Dùng làm nhớ ➢ Giá thành phải 16 Chương Bộ nhớ 4.3 Phân loại nhớ bán dẫn ❖ RAM động RAM) (DRAM: Dynamic ➢ Một số DRAM tiên tiến: ✓ Cải tiến để tăng tốc độ ✓ Synchronous DRAM (SDRAM): làm việc đồng xung clock ✓ DDR-SDRAM (Double Data Rate SDRAM) ✓ DDR3, DDR4 17 Chương Bộ nhớ 4.4 Tổ chức chip nhớ ❖ Sơ đồ chip nhớ: ➢ Các đường địa chỉ: An-1 ÷ A0 → có 2n từ nhớ ➢ Các đường liệu: Dm-1 ÷ D0 → độ dài từ nhớ = m bit ➢ Dung lượng chip nhớ = 2n x m bit ➢ Các đường điều khiển: ✓ Tín hiệu chọn chip CS (Chip Select) ✓ Tín hiệu điều khiển đọc OE (Output Enable) ✓ Tín hiệu điều khiển ghi WE (Write Enable) (Các tín hiệu điều khiển thường tích cực với mức 0) 18 Chương Bộ nhớ 4.4 Tổ chức chip nhớ ❖ Tổ chức DRAM: ➢ Dùng n đường địa ghép kênh → cho phép truyền 2n bit địa ➢ Tín hiệu chọn địa hàng RAS (Row Address Select) ➢ Tín hiệu chọn địa cột CAS (Column Address Select) ➢ Dung lượng DRAM = 22n x m bit DRAM 4Mbit x [2] 19 Chương Bộ nhớ 4.4 Tổ chức chip nhớ ❖ Ví dụ chip nhớ [2]: 20 Chương Bộ nhớ 4.4 Tổ chức chip nhớ ? Cho biết dung lượng chip nhớ sau đây: 1.Chip nhớ SRAM có chân tín hiệu: A0 → A13, D0 → D15 2.Chip nhớ SRAM có chân tín hiệu: A0 → A19, D0 → D7 3.Chip nhớ DRAM có chân tín hiệu: A0 → A10, D0 → D3 4.Chip nhớ DRAM có chân tín hiệu: A0 → A7, D0 → D7 21 Chương Bộ nhớ 4.4 Tổ chức chip nhớ ? Cho biết số chân địa số chân liệu chip nhớ sau: Chip nhớ SRAM có dung lượng 64K  bit Chip nhớ SRAM có dung lượng 64M  16 bit Chip nhớ DRAM có dung lượng 64M  16 bit Chip nhớ DRAM có dung lượng 128M  bit 22 Chương Bộ nhớ 4.4 Tổ chức chip nhớ ❖ Tăng độ dài từ liệu ➢ Nếu độ dài từ liệu chip nhớ m bit → tạo module nhớ có độ dài từ liệu k  m: ✓ Ghép k chip nhớ với ✓ Tín hiệu chọn chip 𝐶𝑆 tất chip phải kích hoạt động thời ? Cho biết dung lượng chip nhớ module nhớ SRAM 23 Chương Bộ nhớ 4.4 Tổ chức chip nhớ ❖ Tăng độ dài từ liệu ? Xác định số chân địa chỉ, số chân tín hiệu dung lượng chip nhớ module nhớ SRAM có cấu trúc hình đây: 24 Chương Bộ nhớ 4.4 Tổ chức chip nhớ ❖ Tăng độ dài từ liệu ? Xác định số chân địa chỉ, số chân tín hiệu dung lượng chip nhớ module nhớ SRAM có cấu trúc hình đây: 25 Chương Bộ nhớ 4.4 Tổ chức chip nhớ ❖ Tăng số lượng ngăn nhớ: ➢ Ghép k chip nhớ với ➢ Sử dụng thêm giải mã để chọn chip ➢ Hình bên ví dụ ghép chip nhớ để tăng số lượng ngăn nhớ: ✓ Số lượng ngăn nhớ tăng gấp đôi ✓ 1024 nhớ chip phía (có địa từ 0x000 đến 0x3FF) chọn A10 = ✓ 1024 nhớ chip phía (có địa từ 0x400 đến 0x7FF) chọn A10 = 26 Chương Bộ nhớ 4.4 Tổ chức chip nhớ ❖ Tăng số lượng ngăn nhớ ? Xác định số chân địa chỉ, số chân tín hiệu dung lượng chip nhớ module nhớ SRAM có cấu trúc hình bên 27 Chương Bộ nhớ 4.4 Tổ chức chip nhớ ❖ Tăng số lượng ngăn nhớ ? Xác định số chân địa chỉ, số chân tín hiệu dung lượng chip nhớ module nhớ SRAM có cấu trúc hình bên 28 Chương Bộ nhớ 4.4 Tổ chức chip nhớ ? Xác định số chân địa chỉ, số chân tín hiệu dung lượng chip nhớ module nhớ SRAM có cấu trúc hình 29