Bài giảng Kiến trúc và tổ chức máy tính - Chương 4: Bộ nhớ máy tính

, mạch phức tạp. – Nếu cache miss: thay Block ⇒ cache hit Chương 4 - Bộ nhớ máy tính 66 bangtqh@utc2.edu.vn Hoạt động của cache Chương 4 - Bộ nhớ máy tính 67 BXL Cache BNC a) Write Through BXL Cache BNC b) Write Back bangtqh@utc2.edu.vn VD cache trên các bộ xử lý Intel
80386: không có cache trên chip
80486: – 8KB, kích thước Line: 16 byte – ánh xạ liên kết tập hợp 4 đường
Pentium: – Có 2 cache L1 trên chip (Cache lệnh: 8KB, cache dữ liệu: 8KB)
Petium 4: Cache L1 (2 loại) và L2 trên chip: – Cache L1: • Mỗi cache: 8KB, kích thước Line: 64 byte • Ánh xạ liên kết tập hợp 4 đường – Cache L2: • 256KB, kích thước Line: 128 byte • ánh xạ liên kết tập hợp 8 đường Chương 4 - Bộ nhớ máy tính 68 bangtqh@utc2.edu.vn Sơ đồ Pentium IV Chương 4 - Bộ nhớ máy tính 69 bangtqh@utc2.edu.vn 4.5. Bộ nhớ ngoài
Các kiểu bộ nhớ ngoài – Đĩa từ – RAID – Đĩa quang – Flash Disk – Băng từ Chương 4 - Bộ nhớ máy tính 70 bangtqh@utc2.edu.vn Các đặc tính của đĩa từ
Đầu từ cố định hay chuyển động
Đĩa cố định hay chuyển động
Dữ liệu lưu trên 1 mặt hay 2 mặt
Một hay nhiều đĩa
Cơ chế đầu từ – Tiếp xúc (đĩa mềm) – Không tiếp xúc: • Khe cố định • Khe thay đổi 71Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Mặt đĩa 72Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Khuôn dạng của một rãnh (track) 73 Gap1 ID Gap2 Data Gap3 Gap1 ID Gap2 Data Gap3 TrackSync Byte Head Sector CRC Sync Byte Data CRC Byte 1 2 1 1 2 1 512 2 Sector 0 Sector 1 Byte 17 7 41 515 20 17 7 41 515 20 Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Nhiều đĩa 74Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Cylinders 75Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Tốc độ đĩa
Thời gian truy nhập = t/g tìm kiếm + t/g trễ
Tốc độ truyền
Thời gian tìm kiếm – Di chuyển đầu từ đến đúng rãnh
Thời gian trễ – Chờ đến khi dữ liệu nằm ngay dưới đầu từ 76Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn
8”, 5.25”, 3.5”
Tốc độ chậm, rẻ tiền
Dung lượng nhỏ (Chỉ tới 1.44MB) (loại 2.88 MB không phổ dụng) Đĩa mềm 77Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Đĩa cứng
Do IBM phát triển
Một hoặc nhiều đĩa
Thông dụng
Dung lượng tăng rất nhanh – 2003: 20 GB, 30 GB, 40 GB – 2004: > 100 GB – . – 2014: > 1 TB
Tốc độ đọc/ghi nhanh
Giá thành rẻ 78Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Đĩa cứng (tt) 79 §Üa Trôc quay CÇn mang ®Çu tõ C¬ cÊu chuyÓn ®éng ®Çu tõ C¸p d÷ liÖu (SCSI hoÆc EIDE) §iÖn §Çu tõ Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn RAID
Redundant Array of Independent Disks
Có 7 loại RAID (RAID 0 ÷ RAID 6)
Tập hợp nhiều đĩa vật lý được HĐH coi như một đĩa (logic) duy nhất
Dữ liệu được lưu trữ phân tán trên nhiều đĩa vật lý khác nhau. Dung lượng lên tới hàng nghìn GB
Có thể sử dụng dung lượng dư thừa để lưu trữ thông tin kiểm tra chẵn lẻ, cho phép khôi phục lại thông tin trong trường hợp đĩa bị hỏng
Do dung lượng lớn ⇒ cần có một phần đĩa dùng để lưu trữ thông tin an toàn 80Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn RAID 0
Không có phần dư thừa (thông tin an toàn)
Dữ liệu được chứa trong các strip
Tăng tốc độ: – Dữ liệu không chứa trên cùng một đĩa – Các đĩa tìm kiếm theo cơ chế song song 81Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn ánh xạ dữ liệu đối với RAID 0 82Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn RAID 1
Dùng kỹ thuật mirroring (n + n đĩa)
Dữ liệu được chứa trong các strip, được nhân thành 2 bản chứa trên 2 đĩa khác nhau
Khi đọc: bất kỳ bản nào; Khi ghi: ghi vào cả hai bản
Khi bị lỗi: đọc từ bản kia và nhân bản lại
Giá thành đắt 83Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn RAID 2
Dùng (n + m) đĩa: n đĩa dữ liệu, m đĩa mã Hamming
Các strip rất bé: khoảng 1 hoặc 2 byte
Việc sửa lỗi được tính dựa theo các bit tương ứng trên các đĩa
Nhiều đĩa chứa mã Hamming để sửa lỗi ở các vị trí tương ứng
Nhiều phần dư thừa: đắt; không phổ dụng 84Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn RAID 3 85
Tương tự RAID 2, nhưng phần thông tin an toàn chỉ dùng 1 đĩa
Chỉ dùng 1 bit parity cho tập các bit dữ liệu tương ứng
Dữ liệu bị lỗi được khôi phục lại nhờ phần dữ liệu “còn sống” và thông tin parity: 1 + 3 + 8 + ? = 20 ⇒ ? = 7
Tốc độ truyền dữ liệu nhanh Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn RAID 4 86
Thích hợp với truyền dữ liệu tốc độ cao
Strip lớn
Mỗi đĩa hoạt động độc lập
Bit parity được tính toán dựa vào các strip trên mỗi đĩa
Parity được lưu trữ trên đĩa parity theo từng khối Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn RAID 5 87
Tương tự RAID 4, nhưng parity được phân bố đều trên các đĩa⇒ tránh được tắc nghẽn trên đĩa parity.
Thường được dùng trong các server mạng Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn RAID 6 88
Dùng (n + 2) đĩa
Dùng 2 khối parity
Hai khối parity được lưu trữ riêng biệt trên các đĩa khác nhau Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Đĩa quang CD-ROM
Dung lượng thông dụng: 650MB ÷ 700MB
Chất dẻo được phủ một lớp polycarbonate, bên dưới tráng lớp có khả năng phản xạ cao, thường là nhôm
Dữ liệu được lưu trữ nhờ các hốc (pit) và phần bằng (land)
Đọc dữ liệu dựa vào sự phản xạ tia laser
Tốc độ đọc cơ sở = 150KB/s
Tốc độ bội: 48x, 52x,....v.v. 89Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Hoạt động của đĩa CD 90Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Vận tốc đĩa CD-ROM
Đĩa nhạc có vận tốc đơn – Kiểu đọc: vận tốc tuyến tính không đổi (CLV - Constant Linier Velocity) 1,2 m/s – Rãnh (xoáy ốc) dài khoảng 5,27 km – Thời gian đọc cần 4391giây = 73,2 phút – Tốc độ đọc cơ sở: 150KB/s
Các tốc độ khác là bội số, ví dụ: 48x, 52x, ... 91Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Khuôn dạng CD-ROM 92
Mode 0: trường dữ liệu trống
Mode 1: 2048 byte dữ liệu + sửa lỗi
Mode 2: 2336 byte dữ liệu Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Các bộ nhớ quang khác
CD-R (CD Recordable) – WORM – Tương thích với ổ đĩa CD-ROM
CD-RW (CD ReWriteable) – Có thể xóa được – Không đắt – Hầu hết tương thích với ổ đĩa CD-ROM – Thay đổi pha – Dùng vật liệu có hai hệ số phản xạ khác nhau thuộc hai pha khác nhau 93Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Các bộ nhớ quang khác 94
DVD – Digital Video Disk: chỉ dùng trên ổ đĩa xem video – Digital Versatile Disk: dùng trên ổ máy tính – Ghi một hoặc hai mặt – Nhiều lớp trên một mặt – Dung lượng: 4,7 GB trên một lớp Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Flash disk 95
Kết nối qua cổng USB
Không phải dạng đĩa
Bộ nhớ bán dẫn cực nhanh (flash memory)
Dung lượng tăng nhanh
Thuận tiện Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Băng từ
Băng từ – Truy nhập tuần tự – Tốc độ chậm – Giá thành rất rẻ – Dùng để lưu trữ và backup
Băng audio số (DAT) – Được dùng với đầu t? quay (như đầu t? video) – Dung lượng tương đối lớn – 4 GB không nén – 8 GB nén – Dùng để backup PC, server mạng 96Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Thắc mắc – Thảo luận? 97Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Bài tập
Bài 1: Cho IC nhớ có dung lượng 8K x 8 bit. Hãy thiết kế modul nhớ có dung lượng 8K x 32 bit.
Bài 2: Cho IC nhớ có dung lượng 4K x 16 bit. Hãy thiết kế modul nhớ có dung lượng 16K x 16 bit.
Bài 3: Cho IC nhớ có dung lượng 4K x 8 bit. Hãy thiết kế modul nhớ có dung lượng 32K x 8 bit.
Bài 4: Cho IC nhớ có dung lượng 8K x 4 bit. Chỉ dùng Bộ giải mã 2:4, hãy thiết kế modul nhớ có dung lượng 16K x 4 bit. 98Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Bài tập
Bài 5: Cho IC nhớ có dung lượng 4K x 8 bit. Chỉ dùng Bộ giải mã 3: 8, hãy thiết kế modul nhớ có dung lượng 8K x 8 bit.
Bài 6: Cho IC nhớ có dung lượng 2K x 8 bit. Chỉ dung Bộ giải mã 3:8, hãy thiết kế modul nhớ có dung lượng 8K x 8 bit.
Bài 7: Cho IC nhớ có dung lượng 8K x 8 bit. Chỉ dùng Bộ giải mã 1:2, hãy thiết kế modul nhớ có dung lượng 32K x 8bit. 99Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Bài tập
Bài 8: Cho IC nhớ có dung lượng 8K x 8 bit. Chỉ dùng Bộ giải mã 1:2, hãy thiết kế modul nhớ có dung lượng 64K x 32 bit.
Bài 9: Cho IC nhớ có dung lượng 8K x 4 bit. Chỉ dùng Bộ giải mã 2:4, hãy thiết kế modul nhớ có dung lượng 64K x 4 bit. 100Chương 4 - Bộ nhớ máy tính bangtqh@utc2.edu.vn Bài tập
Bài 1: Mô tả hoạt động của kỹ thuật ánh xạ trực tiếp
Bài 2: Mô tả hoạt động của kỹ thuật ánh xạ liên kết hoàn toàn
Bài 3: Mô tả hoạt động của kỹ thuật ánh xạ liên kết tập hợp 101Chương 4 - Bộ nhớ máy tính