Trong chương này s gi i thi u v các ch c năng và nguyên lý ho t ự!ng c"a h th$ng b! nh máy tắnh như b! nh cache, b! nh trong, b! nh th c*p và b! nh ,o. B! nh máy tắnh ựư/c t0 ch c thành m!t h th$ng g1i là các c*p b! nh , trong ựó các b! nh l n hơn, ch3m hơn và r4 ti n hơn s ựư/c k6t h/p v i các b! nh nh7 hơn, nhưng nhanh hơn và ự8t ti n hơn ự9 t o thành m!t h th$ng b! nh có t$c ự! và giá c, phù h/p nh*t.
8.1. CÁC C P B NH (Memory Hierarchy)
Ngư<i ta chia b! nh thành các c*p d>a vào các ự?c tắnh như lư/ng thông tin lưu trA, th<i gian thâm nh3p b! nh , chu kỳ b! nh , giá ti n mDi bit nh . Các c*p b! nh b8t ựFu tG b! nh nhanh v i dung lư/ng ắt ự6n các b! nh ch3m v i dung lư/ng l n hơn nhi u.
Các c*p b! nh giúp cho ngư<i l3p trình có ựư/c m!t b! nh th3t nhanh v i chi phắ ựFu tư th*p hơn nhi u. Vì các b! nh nhanh, có dung lư/ng ắt thì ự8t ti n hơn các b! nh có dung lư/ng cao hơn, nhưng ch3m hơn. Do ựó mLc tiêu c"a vi c thi6t l3p các c*p b! nh là ngư<i dùng có ựư/c m!t h th$ng b! nh r4 ti n như c*p b! nh th*p nh*t và gFn nhanh như c*p b! nh cao nh*t. Các c*p b! nh thư<ng ựư/c lMng vào nhau. M1i dA li u trong m!t c*p thì ựư/c g?p l i trong c*p th*p hơn và có th9 ti6p tLc g?p l i trong c*p th*p nh*t.
Chúng ta có nh3n xét rQng, mDi c*p b! nh có dung lư/ng l n hơn c*p trên mình, ánh x m!t phFn ựRa chS các ơ nh c"a mình vào ựRa chS ơ nh c"a c*p trên tr>c ti6p có t$c ự! nhanh hơn, và các c*p b! nh ph,i có cơ ch6 qu,n lý và ki9m tra các ựRa chS ánh x .
Các c*p b! nh ựư/c phân lo i như trên hình 8.1 b8t ựFu v i b! nh nh7, ự8t ti n và nhanh g1i là cache. Ti6p sau ựó là b! nh l n hơn, r4 hơn và ch3m hơn g1i là b! nh chắnh hay b! nh
Chương VIII: H th ng b nh
trong (main memory). B! nh cache và b! nh chắnh ựư/c ch6 t o sZ dLng ch*t bán d[n r8n ( ựi9n hình là CMOS transistors). Ti6p theo sau ựó là các b! nh có dung lư/ng l n hơn, ch3m hơn và r4 ti n hơn mà tiêu bi9u là ựĩa c ng, ựĩa m m, các lo i CD, DVD, băng tG,Ầ
Hi u qu, c"a vi c phân thành các c*p b! nh phL thu!c vào nguyên lý chuy9n ự0i thông tin trong các b! nh nhanh. Hi u qu, càng cao khi thông tin trong ựó càng ắt khi bR thay ự0i và vi c truy c3p vào thơng tin trong ựó càng nhi u lFn càng t$t trư c khi nó bR thay th6 bai thông tin m i. đ9 ựánh giá hi u qu, c"a h th$ng các c*p b! nh , chúng ta s xem xét trư<ng h/p dư i ựây.
Khi b! vi xZ lý (VXL) gZi m!t yêu cFu truy c3p ự6n m!t tG nh hay m!t câu l nh, máy tắnh s th>c thi tìm ki6m tG nh theo m!t th t> như sau:
Ờ Tìm tG nh trong b! nh m c cao nh*t (thông thư<ng g1i là cache) c"a các c*p b! nh . Xác su*t tìm th*y tG nh trong ựó g1i là th s$ thành cơng (hit ratio) h1, khơng tìm th*y là th s$ th*t b i (miss ratio) (1 h1);
Ờ Khi khơng tìm th*y tG nh trong bư c m!t thì tìm a c*p b! nh th*p hơn th*p hơn (như cache L2, main memory). Tương t> như trên ta s có các th s$ h2 và (1 h2);
Các thanh ghi B! nh Cache B! nh chắnh (Main memory) B! nh th c*p Ờ đĩa Secondary Storage (Disk)
B! nh c*p ba j Băng tG Tertiary Storage (Tape)
N h an h hơ n đ 8t h ơ n D u n g lư / n g b ! n h n h 7 h ơ n M c cao M c th*p Hình 8.1. Các c*p b! nh cơ b,n
Ờ Quá trình này s ti6p dimn cho ự6n khi tìm th*y tG nh cFn thi6t ho?c h6t c*p b! nh .
Ờ Khi tìm th*y tG nh s ựư/c chuy9n cho B! xZ lý và c3p nh3t l i dA li u trong các c*p b! nh n6u cFn thi6t.
Gi, sZ các c*p b! nh có 3 c*p. Th<i gian truy c3p vào các c*p b! nh trung bình, hay th<i gian trung bình ự9 tìm th*y m!t tG nh ựư/c tắnh thao cơng th c sau:
tav = h1*t1 + (1 h1)*[t1+h2*t2+(1 h2)*(t2+t3)] = t1 + (1 h1)*[t2 + (1 h2)*t3] Trong ựó: