Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 3: Hệ thống nhớ máy tính - Vũ Thị Thu Hiền

kh«ng cao „ LFU (Least Frequently Used): thay Block ®îc dïng víi tÇn suÊt Ýt nhÊt  tØ lÖ cache hit t¬ng ®èi cao „ LRU (Least Recently Used): thay Block ®îc dïng gÇn ®©y Ýt nhÊt  tØ lÖ cache hit cao 70 Ho¹t ®éng cña cache . §äc: „ NÕu cache hit: ®äc ng¨n nhí tõ cache „ NÕu cache miss: thay Block  cache hit . Ghi: „ NÕu cache hit: cã 2 ph¬ng ph¸p:  Write through: ghi d÷ liÖu vµo c¶ cache vµ c¶ BNC  kh«ng cÇn thiÕt, tèc ®é chËm, m¹ch ®¬n gi¶n.  Write back: chØ ghi vµo cache, khi nµo Block (trong cache) ®îc ghi bÞ thay ®i  ghi vµo BNC  tèc ®é nhanh, m¹ch phøc t¹p. „ NÕu cache miss: thay Block  cache hit 71 Ho¹t ®éng cña cache BXL Cache BNC a) Write Through BXL Cache BNC b) Write Back 72 VÝ dô cache trªn c¸c bé xö lý Intel . 80386: kh«ng cã cache trªn chip . 80486: „ 8KB, kÝch thíc Line: 16 byte „ ¸nh x¹ liªn kÕt tËp hîp 4 ®êng . Pentium: cã hai cache L1 trªn chip „ Cache lÖnh: 8KB, cache d÷ liÖu: 8KB: . Petium 4: cache L1 (2 lo¹i) vµ L2 trªn chip: „ Cache L1: + Mçi cache: 8KB, kÝch thíc Line: 64 byte + ¸nh x¹ liªn kÕt tËp hîp 4 ®êng „ Cache L2: + 256KB, kÝch thíc Line: 128 byte + ¸nh x¹ liªn kÕt tËp hîp 8 ®êng 73 7. Bé nhí ngoµi . §Üa tõ . RAID . §Üa quang . Flash disk . B¨ng tõ 74 C¸c ®Æc tÝnh cña ®Üa tõ . §Çu tõ cè ®Þnh hay chuyÓn ®éng . §Üa cè ®Þnh hay thay ®æi . Mét mÆt hay hai mÆt . Mét hay nhiÒu ®Üa . C¬ chÕ ®Çu tõ „ TiÕp xóc (®Üa mÒm) „ Kh«ng tiÕp xóc: + Khe cè ®Þnh + Khe thay ®æi 75 MÆt ®Üa 76 Khu«n d¹ng cña mét r·nh (track) Sector 0 Sector 1 Gap1 ID Gap2 Data Gap3 Gap1 ID Gap2 Data Gap3 Byte 17 7 41 515 20 17 7 41 515 20 Sync Track Head Sector CRC Sync Data CRC Byte Byte Byte 1 2 1 1 2 1 512 2 77 NhiÒu ®Üa 78 Cylinders 79 Tèc ®é ®Üa . Thêi gian truy nhËp = t/g t×m kiÕm + t/g trÔ . Tèc ®é truyÒn . Thêi gian t×m kiÕm „ Di chuyÓn ®Çu tõ ®Õn ®óng r·nh . Thêi gian trÔ „ Chê ®Õn khi d÷ liÖu n»m ngay díi ®Çu tõ 80 §Üa mÒm . 8”, 5.25”, 3.5” . Tèc ®é chËm . Th«ng dông . Dung lîng nhá „ ChØ tíi 1.44MB (lo¹i 2.88 MB kh«ng phæ dông) . RÎ tiÒn . T¬ng lai cã thÓ kh«ng dïng n÷a? 81 §Üa mÒm æ ®Üa mÒm 82 §Üa cøng . Do IBM ph¸t triÓn . Mét hoÆc nhiÒu ®Üa . Th«ng dông . Dung lîng t¨ng rÊt nhanh „ 2003: 20 GB, 30 GB, 40 GB „ 2004: > 300 GB . Tèc ®é ®äc/ghi nhanh . Gi¸ thµnh rÎ 83 §Üa cøng Trôc quay CÇn mang ®Çu tõ §Üa C¬ cÊu chuyÓn ®éng ®Çu tõ §Çu tõ §iÖn C¸p d÷ liÖu (SCSI hoÆc EIDE) 84 RAID . Redundant Array of Independent Disks . Cã 7 lo¹i RAID (RAID 0  RAID 6) . Kh«ng ph©n cÊp RAID . TËp hîp nhiÒu ®Üa vËt lý ®îc H§H coi nh mét ®Üa (logic) duy nhÊt . D÷ liÖu ®îc ph©n bè trªn nhiÒu ®Üa vËt lý kh¸c nhau . Dung lîng RAID lªn tíi hµng ngh×n GB . Do dung lîng lín  cÇn cã mét phÇn ®Üa dïng ®Ó lu tr÷ th«ng tin an toµn 85 RAID 0 . Kh«ng cã phÇn d thõa (th«ng tin an toµn) . D÷ liÖu ®îc chøa trong c¸c strip . T¨ng tèc ®é: „ D÷ liÖu kh«ng chøa trªn cïng mét ®Üa „ C¸c ®Üa t×m kiÕm theo c¬ chÕ song song 86 ¸nh x¹ d÷ liÖu ®èi víi RAID 0 87 RAID 1 . Dïng kü thuËt mirroring (n + n ®Üa) . D÷ liÖu ®îc chøa trong c¸c strip, ®îc nh©n thµnh 2 b¶n chøa trªn 2 ®Üa kh¸c nhau . Khi ®äc: bÊt kú b¶n nµo; Khi ghi: ghi vµo c¶ hai b¶n . Khi bÞ lçi: ®äc tõ b¶n kia vµ nh©n b¶n l¹i . Gi¸ thµnh ®¾t 88 RAID 2 . Dïng (n + m) ®Üa: n ®Üa d÷ liÖu, m ®Üa m· Hamming . C¸c strip rÊt bÐ: kho¶ng 1 hoÆc 2 byte . ViÖc söa lçi ®îc tÝnh dùa theo c¸c bit t¬ng øng trªn c¸c ®Üa . NhiÒu ®Üa chøa m· Hamming ®Ó söa lçi ë c¸c vÞ trÝ t¬ng øng . NhiÒu phÇn d thõa: ®¾t; kh«ng phæ dông 89 RAID 3 . T¬ng tù RAID 2, nhng phÇn th«ng tin an toµn chØ dïng 1 ®Üa . ChØ dïng 1 bit parity cho tËp c¸c bit d÷ liÖu t¬ng øng . D÷ liÖu bÞ lçi ®îc kh«i phôc l¹i nhê phÇn d÷ liÖu “cßn sèng” vµ th«ng tin parity: 1 + 3 + 8 + ? = 20  ? = 7 . Tèc ®é truyÒn d÷ liÖu nhanh 90 RAID 4 . Mçi ®Üa ho¹t ®éng ®éc lËp . ThÝch hîp víi truyÒn d÷ liÖu tèc ®é cao . Strip lín . Bit parity ®îc tÝnh to¸n dùa vµo c¸c strip trªn mçi ®Üa . Parity ®îc lu tr÷ trªn ®Üa parity theo tõng khèi 91 RAID 5 . T¬ng tù RAID 4, nhng parity ®îc ph©n bè ®Òu trªn c¸c ®Üa  tr¸nh ®îc t¾c nghÏn trªn ®Üa parity. . Thêng ®îc dïng trong c¸c server m¹ng 92 RAID 6 . Dïng (n + 2) ®Üa . Dïng 2 khèi parity . Hai khèi parity ®îc lu tr÷ riªng biÖt trªn c¸c ®Üa kh¸c nhau 93 §Üa quang CD-ROM . Dung lîng th«ng dông: 650MB  700MB . ChÊt dÎo ®îc phñ mét líp polycarbonate, bªn díi tr¸ng líp cã kh¶ n¨ng ph¶n x¹ cao, thêng lµ nh«m . D÷ liÖu ®îc lu tr÷ nhê c¸c hèc (pit) vµ phÇn b»ng (land) . §äc d÷ liÖu dùa vµo sù ph¶n x¹ tia laser 94 Ho¹t ®éng cña ®Üa CD Axit acrylic b¶o vÖ PhÇn Hèc Polycarbonate b»ng Nh«m Göi/nhËn tia laser Nh·n ®Üa TÇng b¶o vÖ (axit acrylic) TÇng ph¶n x¹ (nh«m) Líp polycarbonate (plastic) C¸c tiªu ®iÓm laser trªn c¸c hèc polycarbonate ë phÝa tr•íc tÇng ph¶n x¹ §Üa CD-ROM, dung l•îng 682 MB 95 VËn tèc ®Üa CD-ROM . §Üa nh¹c cã vËn tèc ®¬n „ KiÓu ®äc: vËn tèc tuyÕn tÝnh kh«ng ®æi (CLV - Constant Linier Velocity) „ 1,2 m/s „ R·nh (xo¸y èc) dµi kho¶ng 5,27 km „ Thêi gian ®äc cÇn 4391gi©y = 73,2 phót „ Tèc ®é ®äc c¬ së: 150KB/s . C¸c tèc ®é kh¸c lµ béi sè, vÝ dô: 48x, 52x, ... 96 Khu«n d¹ng CD-ROM . Mode 0: trêng d÷ liÖu trèng . Mode 1: 2048 byte d÷ liÖu + söa lçi . Mode 2: 2336 byte d÷ liÖu 97 C¸c bé nhí quang kh¸c . CD-R (CD Recordable) „ WORM „ T¬ng thÝch víi æ ®Üa CD-ROM . CD-RW (CD ReWriteable) „ Cã thÓ xãa ®îc „ Kh«ng ®¾t „ HÇu hÕt t¬ng thÝch víi æ ®Üa CD-ROM „ Thay ®æi pha  Dïng vËt liÖu cã hai hÖ sè ph¶n x¹ kh¸c nhau thuéc hai pha kh¸c nhau 98 C¸c bé nhí quang kh¸c . DVD „ Digital Video Disk: chØ dïng trªn æ ®Üa xem video „ Digital Versatile Disk: dïng trªn æ m¸y tÝnh „ Ghi mét hoÆc hai mÆt „ NhiÒu líp trªn mét mÆt „ Dung lîng: 4,7 GB trªn mét líp Líp polycarbonate, mÆt 2 TÇng b¸n ph¶n x¹, mÆt 2 TÇng polycarbonate, mÆt 2 TÇng ph¶n x¹ hoµn toµn, mÆt 2 TÇng ph¶n x¹ hoµn toµn, mÆt 1 TÇng polycarbonate, mÆt 1 C¸c tiªu ®iÓm trªn c¸c hèc cña TÇng b¸n ph¶n x¹, mÆt 1 mét tÇng (cña mét mÆt). §Üa Líp polycarbonate, mÆt 1 ph¶i ®•îc lËt ®Ó ®äc mÆt kia §Üa DVD, hai mÆt, hai tÇng, dung l•îng: 17 GB 99 Flash disk . KÕt nèi qua cæng USB . Kh«ng ph¶i d¹ng ®Üa . Bé nhí b¸n dÉn cùc nhanh (flash memory) . Dung lîng t¨ng nhanh . ThuËn tiÖn 100 B¨ng tõ . B¨ng tõ „ Truy nhËp tuÇn tù „ Tèc ®é chËm „ Gi¸ thµnh rÊt rÎ „ Dïng ®Ó lu tr÷ vµ backup . B¨ng audio sè (DAT) „ §îc dïng víi ®Çu tõ quay (nh ®Çu tõ video) „ Dung lîng t¬ng ®èi lín  4 GB kh«ng nÐn  8 GB nÐn „ Dïng ®Ó backup PC, server m¹ng 101 KiÕn tróc m¸y tÝnh Hết chương 1 102 Bµi tËp . Bµi 1: Cho IC nhí cã dung lîng 8K x 8 bit. H·y thiÕt kÕ modul nhí cã dung lîng 8K x 32 bit. . Bµi 2: Cho IC nhí cã dung lîng 4K x 16 bit. H·y thiÕt kÕ modul nhí cã dung lîng 16K x 16 bit. . Bµi 3: Cho IC nhí cã dung lîng 4K x 8 bit. H·y thiÕt kÕ modul nhí cã dung lîng 32K x 8 bit. . Bµi 4: Cho IC nhí cã dung lîng 8K x 4 bit. ChØ dïng Bé gi¶i m· 2:4, h·y thiÕt kÕ modul nhí cã dung l- îng 16K x 4 bit. 103 Bµi tËp . Bµi 5: Cho IC nhí cã dung lîng 4K x 8 bit. ChØ dïng Bé gi¶i m· 3: 8, h·y thiÕt kÕ modul nhí cã dung l- îng 8K x 8 bit. . Bµi 6: Cho IC nhí cã dung lîng 2K x 8 bit. ChØ dung Bé gi¶i m· 3:8, h·y thiÕt kÕ modul nhí cã dung l- îng 8K x 8 bit. . Bµi 7: Cho IC nhí cã dung lîng 8K x 8 bit. ChØ dïng Bé gi¶i m· 1:2, h·y thiÕt kÕ modul nhí cã dung l- îng 32K x 8bit. 104 Bµi tËp . Bµi 8: Cho IC nhí cã dung lîng 8K x 8 bit. ChØ dïng Bé gi¶i m· 1:2, h·y thiÕt kÕ modul nhí cã dung l- îng 64K x 32 bit. . Bµi 9: Cho IC nhí cã dung lîng 8K x 4 bit. ChØ dïng Bé gi¶i m· 2:4, h·y thiÕt kÕ modul nhí cã dung l- îng 64K x 4 bit. 105 Bµi tËp . Bµi 1: M« t¶ ho¹t ®éng cña kü thuËt ¸nh x¹ trùc tiÕp . Bµi 2: M« t¶ ho¹t ®éng cña kü thuËt ¸nh x¹ liªn kÕt hoµn toµn . Bµi 3: M« t¶ ho¹t ®éng cña kü thuËt ¸nh x¹ liªn kÕt tËp hîp 106