Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 4: Bộ nhớ bán dẫn (Bộ nhớ trong) - Phạm Hoàng Sơn

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH (TH152) • Chương 1: Tổng quan về kiến trúc máy tính • Chương 2: Biểu diễn thông tin trong máy tính • Chương 3: Bộ xử lý trung tâm • Chương 4: Bộ nhớ bán dẫn (bộ nhớ trong) • Chương 5: Bộ nhớ ngoài • Chương 6: Nhập xuất 1Phạm Hoàng Sơn Nội dung • Đặc điểm và phân cấp hệ thống nhơ trong máy tính • Phân loại bộ nhớ trong – RAM – ROM – CACHE • Bộ nhớ ảo 2Phạm Hoàng Sơn Đặc điểm • Được xây dựng từ các mạch bán dẫn • Dùng để lưu trữ thông tin. • Các loại bộ nhớ: – Bộ nhớ bên trong bộ vi xử lý: Tập các thanh ghi, bộ nhớ vi chương trình (đơn vị điều khiển) – Bộ nhớ trong gồm có bộ nhớ chính và bộ nhớ Cache. – Phương pháp truy cập của bộ nhớ trong là truy cập ngẫu nhiên hay truy cập liên kết (Cache) 3Phạm Hoàng Sơn Phân cấp bộ nhớ 4Phạm Hoàng Sơn Phân cấp bộ nhớ Phạm Hoàng Sơn 5 Các loại bộ nhớ trong • RAM • ROM • CACHE 6Phạm Hoàng Sơn Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM: Random Access Memory) • Chứa dữ liệu tạm thời khi máy tính hoạt động, bị mất dữ liệu khi tắt máy tính. • Trong RAM mỗi ô nhớ có 1 địa chỉ và có dung lượng là 1 byte (8bits) • Đặc trưng của RAM: – Dung lượng – Tổ chức ô nhớ – Thời gian thâm nhập – Chu kỳ bộ nhớ 7Phạm Hoàng Sơn Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM: Random Access Memory) • RAM tĩnh (Static RAM) – Được chế tạo theo công nghệ ECL (CMOS và BiCMOS). – Mỗi bit nhớ gồm có các cổng logic với độ 6 transistor MOS, việc nhớ một dữ liệu là tồn tại nếu bộ nhớ được cung cấp điện. – SRAM là bộ nhớ nhanh, việc đọc không làm huỷ nội dung của ô nhớ và thời gian thâm nhập bằng chu kỳ bộ nhớ. 8Phạm Hoàng Sơn Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM: Random Access Memory) • RAM động - Dynamic RAM – Các bit được lưu trữ trên tụ điện – Cần phải có mạch làm tươi – Cấu trúc đơn giản – Dung lượng lớn – Tốc độ chậm hơn – Rẻ tiền hơn – Dùng làm bộ nhớ chính 9Phạm Hoàng Sơn Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM: Random Access Memory • DRAM cải tiến – SDRAM (Synchronous DRAM – DRAM đồng bộ) – DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) là cải tiến của bộ nhớ SDRAM với tốc độ truyền tải gấp đôi SDRAM – RDRAM (Rambus RAM) hoạt động đồng bộ theo một hệ thống lặp và truyền dữ liệu theo một hướng Phạm Hoàng Sơn 10 Bộ nhớ chỉ đọc (ROM: Read Only Memory) • Được chế tạo bằng công nghệ bán dẫn. • Chương trình trong ROM được viết vào lúc chế tạo nó. • Thông thường, ROM chứa chương trình khởi động máy tính, chương trình điều khiển trong các thiết bị điều khiển tự động,... 11Phạm Hoàng Sơn Bộ nhớ chỉ đọc (ROM: Read Only memory) • Các kiểu ROM – PROM (Programable ROM): Chế tạo bằng các mối nối (cầu chì - có thể làm đứt bằng điện). Chương trình nằm trong PROM có thể được viết vào bởi người sử dụng bằng thiết bị đặc biệt và không thể xóa được. 12Phạm Hoàng Sơn Bộ nhớ chỉ đọc (ROM: Read Only memory) • Các kiểu ROM – EPROM (Erasable Programable ROM): Chế tạo bằng nguyên tắt phân cực tĩnh điện. Chương trình nằm trong ROM có thể được viết vào (bằng điện) và có thể xóa (bằng tia cực tím - trung hòa tĩnh điện) để viết lại bởi người sử dụng. 13Phạm Hoàng Sơn Bộ nhớ chỉ đọc (ROM: Read Only memory) • Các kiểu ROM – EEPROM (Eletrically Erasable Programable ROM): Chế tạo bằng công nghệ bán dẫn. Chương trình nằm trong ROM có thể được viết vào và có thể xóa (bằng điện) để viết lại bởi người sử dụng. 14Phạm Hoàng Sơn Bộ nhớ chỉ đọc (ROM: Read Only memory) • Các kiểu ROM – ROM – BIOS (Basic Input/Output System): được sử dụng để chứa các chương trình điều khiển cơ sở vào/ra trong máy tính. Ngoài ra nó còn thực hiện chức năng sau: • POST (Power On Selt Test): Kiểm tra phần cứng máy tính. • CMOS Setup: chương trình cài đặt cấu hình hệ thống. • Bootstrap Loader (Booting): tìm đọc hệ điều hành 15Phạm Hoàng Sơn Bộ nhớ Cache • Cache: là bộ nhớ nhanh, nó chứa lệnh và dữ liệu thường xuyên dùng đến. • là nơi trung chuyển giữa bộ vi xử lí và bộ nhớ chính – Cache 1 (L1:Level 1) nằm bên trong CPU – Cache 2 (L2: Level 2) nằm bên ngoài CPU – Cache 3 (L3: Level 3) (cũng nằm bên ngioài CPU) 16Phạm Hoàng Sơn Bộ nhớ Cache • Nguyên tắt chung của Cache: – Nguyên tắc về thời gian: cho biết các ô nhớ được hệ thống xử lý thâm nhập có khả năng sẽ được thâm nhập trong tương lai gần. – Nguyên tắc về không gian: cho biết, bộ xử lý thâm nhập vào một ô nhớ thì có nhiều khả năng thâm nhập vào ô nhớ có địa chỉ kế tiếp do các lệnh được sắp xếp thành chuỗi có thứ tự. 17Phạm Hoàng Sơn Vận hành của cache • Có cơ cấu vận hành trong suốt đối với bộ xử lý • Thao tác đọc bộ nhớ: BXL gởi một địa chỉ và nhận một dữ liệu từ bộ nhớ trong • Thao tác ghi bộ nhớ: BXL viết một dữ liệu vào một ô nhớ với một địa chỉ được chỉ ra trong bộ nhớ • Cache phải chứa một phần con của bộ nhớ • Để đảm bảo sự đồng nhất thì cache và bộ nhớ phải có cùng cấu trúc 18Phạm Hoàng Sơn Vận hành của cache 19Phạm Hoàng Sơn Bộ nhớ ảo • Bộ nhớ ảo là kỹ thuật sử dụng bộ nhớ thứ hai là ổ đĩa để mở rộng thêm kích thước của bộ nhớ vật lý (RAM) • Được điều khiển bởi hệ điều hành • Sử dụng kỹ thuật phân trang (page) để quản lý bộ nhớ ảo – Kỹ thuật phân trang: Chia không gian địa chỉ bộ nhớ thành các trang nhớ có kích thước bằng nhau và nằm liền kề nhau 20Phạm Hoàng Sơn Câu hỏi ôn tập 1/ Trình bày các cấp bộ nhớ. Mục tiêu của phân cấp bộ nhớ 2/ SRAM và DRAM khác nhau thế nào? Trong máy tính chúng được dùng ở đâu? 3/ Trình bày các loại bộ nhớ bán dẫn? 4/ Cache và sự vận hành của nó? 5/ Bộ nhớ ảo? 21Phạm Hoàng Sơn