Bài giảng môn Kiến trúc máy tính - Chương 5: Hệ thống nhớ máy tính

Phan Trung Kiên 1 Kiến trúc máy tính Chương 5 HỆ THỐNG NHỚ MÁY TÍNH Phan Trung Kiên 2 Nội dung chương 5  Tổng quan về hệ thống nhớ  Bộ nhớ bán dẫn  Bộ nhớ chính  Bộ nhớ cache  Bộ nhớ ngoài. Phan Trung Kiên 3 Các đặc trưng của hệ thống nhớ  Vị trí (location) • Bên trong Bộ xử lý: Các thanh ghi • Bộ nhớ trong: Bộ nhớ chính Bộ nhớ cache • Bộ nhớ ngoài: Đĩa từ, băng từ Đĩa quang  Dung lượng (capacity) • Độ dài ngăn nhớ (đơn vị là bit) • Số lượng ngăn nhớ Phan Trung Kiên 4 Các đặc trưng của hệ thống nhớ  Đơn vị truyền (unit of transfer) • Truyền theo từ nhớ • Truyền theo khối nhớ  Phương pháp truy nhập (access method) • Truy nhập tuần tự (băng từ) • Truy nhập trực tiếp (đĩa từ, đĩa quang) • Truy nhập ngẫu nhiên (bộ nhớ trong) • Truy nhập liên kết (bộ nhớ cache) Phan Trung Kiên 5 Các đặc trưng của hệ thống nhớ  Kiểu vật lý của bộ nhớ (physical type) • Bộ nhớ bán dẫn • Bộ nhớ từ: băng từ và đĩa từ • Bộ nhớ quang: đĩa quang  Các đặc trưng vật lý (physical characteristics) • Bộ nhớ khả biến / không khả biến • Bộ nhớ xóa được / không xóa được Phan Trung Kiên 6 Phân cấp hệ thống nhớ Từ trái sang phải: • Dung lượng tăng dần • Tốc độ trao đổi dữ liệu giảm dần • Giá thành /1 bit giảm dần • Tần suất BXL truy nhập giảm dần • Mức trái chứa một phần dữ liệu của mức phải Tập thanh ghi Cache L1 Cache L2 Bộ nhớ chính Bộ nhớ ngoài Bộ xử lý Phan Trung Kiên 7 Bộ nhớ bán dẫn  Phân loại  Tổ chức chip nhớ bán dẫn  Thiết kế các modul nhớ bán dẫn Phan Trung Kiên 8 Bộ nhớ bán dẫn Khả biếnBằng điện, từng byte Random Access Memory (RAM) Bằng điện, từng khốiBộ nhớ đọc - ghi Flash memory Bằng điện, mức từng byte Electrically Erasable PROM (EEPROM) Bằng tia cực tím, cả chipBộ nhớ hầu như chỉ đọc Erasable PROM (EPROM) Bằng điện Programmable ROM (PROM) Không khả biến Mặt nạKhông xóa được Bộ nhớ chỉ đọc Read Only Memory (ROM) Tính thay đổi Cơ chế ghi Khả năng xóa Tiêu chuẩn Kiểu bộ nhớ Phan Trung Kiên 9 ROM (Read Only Memory)  Là loại bộ nhớ không khả biến  Lưu trữ các thông tin: • Thư viện các chương trình con • Các chương trình hệ thống (BIOS) • Các bảng chức năng • Vi chương trình Phan Trung Kiên 10 Các kiểu ROM  ROM mặt nạ (ROM cố định): • Thông tin được ghi ngay khi sản xuất • Rất đắt  PROM (Programmble ROM): • Khi sản xuất chưa ghi dữ liệu • Cần thiết bị chuyên dùng để ghi bằng chương trình, chỉ ghi được một lần  EPROM (Erasable PROM): • Khi sản xuất chưa ghi dữ liệu • Cần thiết bị chuyên dụng để ghi bằng chương trình, ghi được nhiều lần • Trước khi ghi lại, phải xóa bằng tia cực tím Phan Trung Kiên 11 Các kiểu ROM  EEPROM (Electrically Erasable PROM): • Có thể ghi theo từng byte • Xóa bằng điện • Ghi lâu hơn đọc  Flash memory (bộ nhớ cực nhanh) • Ghi theo khối • Xóa bằng điện Phan Trung Kiên 12 RAM (Random Access Memory)  Bộ nhớ đọc / ghi  Khả biến  Lưu trữ thông tin tạm thời  Có hai loại RAM: • SRAM (Static RAM) • DRAM (Dynamic RAM) Phan Trung Kiên 13 Các kiểu RAM  DRAM • 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 SRAM • Rẻ hơn SRAM • Dùng làm bộ nhớ chính Phan Trung Kiên 14 Các kiểu RAM  SRAM • Các bit được lưu trữ bằng các Flip-Flop • Không cần mạch làm tươi • Cấu trúc phức tạp hơn DRAM • Dung lượng nhỏ • Tốc độ nhanh hơn DRAM • Đắt hơn DRAM • Dùng làm bộ nhớ cache Phan Trung Kiên 15 Ví dụ về DRAM Phan Trung Kiên 16 Tổ chức ô nhớ  Ô nhớ là phần tử nhớ được 1 bit thông tin  Các tín hiệu: • Tín hiệu chọn được gửi đến để chọn ô nhớ • Tín hiệu điều khiển chỉ thị việc ghi hay đọc • Tín hiệu thứ ba là đường dữ liệu Chän §iÒu khiÓn D÷ liÖu vµo Chän §iÒu khiÓn D÷ liÖu ra ¤ nhí ¤ nhí a) Ghi b) §äc Phan Trung Kiên 17 Tổ chức của chip nhớ Chip nhớ D0 D1 Dm - 1 A0 A1 An - 1 CS RD WR . . . . . . . . Phan Trung Kiên 18 Các tín hiệu của chip nhớ  Các đường địa chỉ: A0  An - 1  có 2n ngăn nhớ.  Các đường dữ liệu: D0  Dm - 1  độ dài ngăn nhớ là 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: RD / OE • Tín hiệu điều khiển ghi: WR / WE Phan Trung Kiên 19 Tổ chức của DRAM  Dùng n đường địa chỉ dồn kênh  cho phép truyền 2n bit địa chỉ  Tín hiệu chọn địa chỉ hàng RAS (Row Address Select)  Tín hiệu chọn địa chỉ cột CAS (Column Address Select)  Dung lượng của DRAM: 22n x m bit Phan Trung Kiên 20 Ví dụ: chip 16Mb DRAM (4M x 4 bit) Phan Trung Kiên 21 Các chip nhớ (nhìn bên ngoài) Phan Trung Kiên 22 Thiết kế modul nhớ bán dẫn  Dung lượng chip nhớ là 2n x m bit  Cần thiết kế để tăng dung lượng: • Tăng độ dài ngăn nhớ (tăng m) • Tăng số lượng ngăn nhớ (tăng n) • Kết hợp cả hai loại (tăng m và n) Phan Trung Kiên 23 Tăng độ dài ngăn nhớ  Ví dụ 1: • Cho chip nhớ SRAM: 8K x 4 bit • Hãy thiết kế modul nhớ 8K x 8 bit  Giải: • Dung lượng chip nhớ: 213 x 4 bit • Chip nhớ có: 13 đường địa chỉ (A0  A12 ), 4 đường dữ liệu (D0  D3 ) • Modul nhớ cần có: 13 đường địa chỉ (A0  A12 ), 8 đường dữ liệu (D0  D7 ) Phan Trung Kiên 24 Hình vẽ (ví dụ 1) A0  A12 8K x 4 bit D0 D3 CS WE OE A0  A12 A0  A12 8K x 4 bit D0 D3 CS WE OE CS WE OE D0  D3 D4  D7 Phan Trung Kiên 25 Tăng độ dài ngăn nhớ Bài toán tăng độ dài tổng quát:  Cho chip nhớ 2n x m bit  Cần thiết kế modul nhớ 2n x (k.m) bit  Cần ghép nối k chip nhớ Phan Trung Kiên 26 Tăng số lượng ngăn nhớ  Ví dụ 2: • Cho chip nhớ SRAM: 4K x 4 bit • Hãy thiết kế modul nhớ 8K x 4 bit  Giải: • Dung lượng chip nhớ: 212 x 4 bit • Chip nhớ có: 12 đường địa chỉ (A0  A11 ), 4 đường dữ liệu (D0 D3 ) • Modul nhớ cần có: 13 đường địa chỉ (A0  A12 ), 4 đường dữ liệu (D0 D3 ) Phan Trung Kiên 27 Hình vẽ (ví dụ 2) A0  A11 D0  D3 CS WE OE A0  A11 D0  D3 CS WE OE 11X1 1 0 0 1 0 1 0 0 Y0Y1AG A0  A11 WE OE A Y0 G Y1 A12 D0  D3 CS Phan Trung Kiên 28 Tăng số lượng ngăn nhớ  Bài toán tăng số lượng tổng quát:  Cho chip nhớ 2n x m bit  Cần ghép nối modul nhớ: 2k+n x m bit  Cần ghép nối 2k chip và phải dùng bộ giải mã k: 2k (k  2k) Phan Trung Kiên 29 Tăng số lượng và độ dài ngăn nhớ  Ví dụ 3: • Cho chip nhớ SRAM: 8K x 4 bit • Hãy thiết kế modul nhớ 16K x 8 bit  Giải: • Dung lượng chip nhớ: 213 x 4 bit • Chip nhớ có: 13 đường địa chỉ (A0  A12 ), 4 đường dữ liệu (D0 D3 ) • Modul nhớ cần có: 14 đường địa chỉ (A0  A13 ), 8 đường dữ liệu (D0 D7 ) Phan Trung Kiên 30 Hình vẽ (ví dụ 3) A0 A12 D0 D3 CS WE OE A0 A12 D0 D3 CS WE OE A0 A12 D0 D3 CS WE OE A0 A12 D0 D3 CS WE OE A Y0 G Y1 A0  A12 WE OE A13 CS D0  D7 D0  D7 Phan Trung Kiên 31 Tăng số lượng và độ dài ngăn nhớ  Bài toán tăng số lượng và độ dài tổng quát:  Cho chip nhớ 2n x m bit  Cần ghép nối modul nhớ: 2p+n x (q.m) bit  Cần ghép nối q.2p chip thành 2p bộ, mỗi bộ q chip và phải dùng bộ giải mã p: 2p (p  2p) Phan Trung Kiên 32 Bộ nhớ chính  Các đặc trưng cơ bản • Chứa các chương trình đang thực hiện và các dữ liệu đang được sử dụng • Tồn tại trên mọi hệ thống máy tính • Được đánh địa chỉ trực tiếp bởi CPU: có nhiều ngăn nhớ, mỗi ngăn nhớ được gán một địa chỉ xác định • Việc quản lý lôgic BNC tùy thuộc vào từng HĐH • Về nguyên tắc, người lập trình có thể can thiệp trực tiếp vào toàn bộ BNC của máy tính Phan Trung Kiên 33 Bộ nhớ chính  Tổ chức bộ nhớ đan xen • Độ rộng của bus dữ liệu để trao đổi với bộ nhớ: m = 8, 16, 32, 64, ... bit • Các ngăn nhớ tổ chức theo byte Phan Trung Kiên 34 Ví dụ: m = 8 bit Bus hệ thống Bank nhớĐịa chỉ 0 1 2 3 n . . . . . Phan Trung Kiên 35 m = 16 bit Bus hệ thống Bank 0 Bank 1Địa chỉ . . . . . 0 2 4 6 2n Địa chỉ 1 3 5 7 2n+1 . . . . . Phan Trung Kiên 36 m = 32 bit Bus hệ thống Bank 0Địa chỉ . . . . . 0 4 8 12 4n Bank 1Địa chỉ . . . . . 1 5 9 13 4n+1 Bank 2Địa chỉ . . . . . 2 6 10 14 4n+2 Bank 3 . . . . . 3 7 11 15 4n+3 Địa chỉ Phan Trung Kiên 37 Bộ nhớ cache  Nguyên tắc chung  Các kỹ thuật ánh xạ địa chỉ  Các thuật toán thay thế  Hoạt động của cache  Bài tập Phan Trung Kiên 38 Nguyên tắc chung  Cache có tốc độ nhanh hơn bộ nhớ chính  Cache được đặt giữa CPU và bộ nhớ chính nhằm tăng tốc độ truy nhập bộ nhớ của CPU  Cache có thể được đặt trên chip CPU Phan Trung Kiên 39 Các khái niệm  Cache hit, cache miss: • Cache hit (trúng cache): khi CPU truy nhập một từ nhớ mà từ nhớ đó đang có trong cache. • Cache miss (trượt cache): khi CPU truy nhập một từ nhớ mà từ nhớ đó không có trong cache.  Nguyên lý định vị tham số bộ nhớ: • Định vị về thời gian: Một mục thông tin vừa được truy nhập thì có xác suất lớn là ngay sau đó nó được truy nhập lại. • Định vị về không gian: Một mục thông tin vừa được truy nhập thì có xác suất lớn là ngay sau đó các mục lân cận sẽ được truy nhập. Phan Trung Kiên 40 Các khái niệm  Trao đổi thông tin giữa cache và BNC: • BNC được chia thành các Block nhớ • Cache được chia thành các Line nhớ • Kích thước Line bằng kích thước Block  Số lượng Line << Số lượng Block  Mỗi Line trong cache được gắn thêm một Tag để xác định Block nào (của BNC) đang ở trong Line Phan Trung Kiên 41 Hình vẽ minh họa BXL Tag D÷ liÖu Bé nhí cache Bé nhí chÝnh L0 L1 Lm-2 Lm-1 B0 B1 B2 Bp-2 Bp-1 . . . . . . . . . . . . . . Phan Trung Kiên 42 Các kỹ thuật ánh xạ địa chỉ  Ánh xạ trực tiếp (direct mapping)  Ánh xạ liên kết hoàn toàn (fully associative mapping)  Ánh xạ liên kết tập hợp (set associative mapping) Phan Trung Kiên 43 Ánh xạ trực tiếp  Mỗi Block của BNC chỉ được ánh xạ vào một Line duy nhất: i = j mod m • i: số hiệu Line trong cache • j: số hiệu Block trong BNC • m: số lượng Line trong cache  Cụ thể: B0  L0 Bm  L0 . . . B1  L1 Bm+1  L1 . . . . . . . . . Bm-1  Lm-1 B2m-1  Lm-1 . . . Phan Trung Kiên 44 Ánh xạ trực tiếp  Như vậy: L0 : B0 , Bm , B2m , ..., Bnm L1 : B1 , Bm+1 , B2m+1 , ..., Bnm+1 . . . . . . . Lm-1 : Bm-1 , B2m-1 , B3m-1 , ..., B(n+1)m-1 Phan Trung Kiên 45 Ánh xạ trực tiếp  Khi đó, địa chỉ do CPU phát ra gồm 3 trường: • Word: xác định số hiệu ngăn nhớ trong Block  Block (Line) có 2w ngăn nhớ • Line: xác định số hiệu Line trong cache  Cache có 2r Line, cache chứa 2r + w ngăn nhớ • Tag: xác định Block nào đang ở trong Line  BNC chứa 2(s - r) + r + w = 2s + w ngăn nhớ Tag Line Word s - r bit w bitr bit Phan Trung Kiên 46 Ví dụ 1  Cho máy tính có dung lượng: • BNC = 128 MB, cache = 256 KB, line = 32 byte, • Độ dài ngăn nhớ = 1 byte. Tìm dạng địa chỉ do BXL phát ra?  Giải: Ta có: • BNC = 128 MB = 27 * 220 byte = 227 byte • Cache = 256 KB = 28 * 210 byte = 218 byte • Line = 32 byte = 25 byte  w = 5 • Số lượng Line trong cache: 218/25 = 213  r = 13 • Số bit của phần Tag: 27 - 13 - 5 = 9, s - r = 9 5139 Phan Trung Kiên 47 Ví dụ 2  Cho máy tính có dung lượng: • BNC = 256 MB, cache = 64 KB, line = 16 byte, • Độ dài ngăn nhớ = 4 byte. Tìm dạng địa chỉ do BXL phát ra?  Giải: Ta có: • BNC = 256 MB = 228 byte = 228/22 = 226 ng/nhớ • Cache = 64 KB = 216 byte = 216/22 = 214 ng/nhớ • Line = 16 byte =24/22 = 22 ng/nhớ  w = 2 • Số lượng Line trong cache: 214/22 = 210  r = 10 • Số bit của phần Tag: 26 - 10 - 2 = 9, s - r = 14 21014 Phan Trung Kiên 48 Sơ đồ thực hiện Phan Trung Kiên 49 Nhận xét  Ưu điểm: • Dễ thực hiện, vì một Block được ánh xạ cố định vào một Line  không cần thuật toán chọn Line. • Thiết kế mạch đơn giản.  Nhược điểm: • Tỉ lệ cache hit thấp. Phan Trung Kiên 50 ánh xạ liên kết hoàn toàn  Mỗi Block trong BNC được ánh xạ vào một Line bất kỳ trong Cache  Khi đó, địa chỉ do BXL phát ra có dạng: • Word: xác định ngăn nhớ trong Block  Block có 2w ngăn nhớ • Tag: xác định Block đang ở trong Line  Số lượng Block: 2s  Dung lượng BNC: 2s + w ngăn nhớ Tag Word s bit w bit Phan Trung Kiên 51 Sơ đồ thực hiện Phan Trung Kiên 52 Nhận xét  Ưu điểm: • Tỉ lệ cache hit cao hơn ánh xạ trực tiếp vì một Block được phép vào một Line bất kỳ.  Nhược điểm: • Thiết kế mạch tương đối phức tạp, thể hiện ở mạch so sánh. Phan Trung Kiên 53 Ánh xạ liên kết tập hợp  Cache được chia thành nhiều Set, mỗi Set gồm nhiều Line liên tiếp  Một Block của BNC chỉ được ánh xạ vào một Set duy nhất trong cache, nhưng được ánh xạ vào Line bất kỳ trong set đó: i = j mod v • i: số hiệu Set trong cache • j: số hiệu Block trong BNC • v: số lượng Set trong cache Phan Trung Kiên 54 Ánh xạ liên kết tập hợp  Khi đó, địa chỉ do BXL phát ra gồm: • Word: xác định số hiệu ngăn nhớ trong Block  Block (Line) có 2w ngăn nhớ • Set: xác định số hiệu Set trong cache  Cache có 2d Set • Tag: xác định Block nào đang ở trong Line  BNC chứa 2(s - d) + d + w = 2s + w ngăn nhớ Tag Set Word s - d bit w bitd bit Phan Trung Kiên 55 Ví dụ 1  Cho máy tính có dung lượng: • BNC = 512 MB, cache = 128 KB, line = 32 byte, • Set = 8 Line, độ dài ngăn nhớ = 1 byte. Tìm dạng địa chỉ do BXL phát ra?  Giải: Ta có: • BNC = 512 MB = 229 byte; Cache = 128 KB = 217 byte • Line = 25 byte  w = 5 • Dung lượng Set: 23 * 25 = 28 byte  số lượng Set trong Cache: 217/28 = 29  d = 9 • Số bit của phần Tag: 29 - 9 - 5 = 15, s - d = 15 5915 Phan Trung Kiên 56 Ví dụ 2  Cho máy tính có dung lượng: • BNC = 256 MB, cache = 128 KB, line = 64 byte, • Set = 4 Line, độ dài ngăn nhớ = 4 byte. Tìm dạng địa chỉ do BXL phát ra?  Giải: Ta có: • BNC = 228 byte = 228/22 = 226 ng/nhớ • Cache = 217 byte = 217/22 = 215 ng/nhớ • Line = 26/22 = 24 ng/nhớ ? w = 4 • D/l Set: 22 * 24= 26  s/l Set: 215/26 = 29  d = 9 • Số bit của phần Tag: 26 - 9 - 4 = 12, s - d = 12 5912 Phan Trung Kiên 57 Sơ đồ thực hiện Phan Trung Kiên 58 Nhận xét  ưu điểm: • Tỉ lệ cache hit cao vì một Block được phép vào một Line bất kỳ trong Set, và dễ so sánh. • Đây là kỹ thuật ánh xạ tốt nhất trong 3 kỹ thuật.  Nhược điểm: • Thiết kế mạch phức tạp. Phan Trung Kiên 59 Các thuật toán thay thế  Kỹ thuật ánh xạ trực tiếp: Không thay được  Hai kỹ thuật ánh xạ liên kết: có 4 thuật toán • Random: thay ngẫu nhiên một Block cũ nào đó ? Dễ thực hiện, nhanh nhất, tỉ lệ cache hit thấp. • FIFO (First In - First Out): thay Block ở đầu tiên trong số các Block đang có trong cache ? tỉ lệ cache hit không cao • LFU (Least Frequently Used): thay Block được dùng với tần suất ít nhất ? tỉ lệ cache hit tương đối cao Phan Trung Kiên 60 Hoạt động của cache  Đọc: • Nếu cache hit: đọc ngăn nhớ từ cache • Nếu cache miss: thay Block ? cache hit  Ghi: • Nếu cache hit: có 2 phương pháp:  Write through: ghi dữ liệu vào cả cache và cả BNC không cần thiết, tốc độ chậm, mạch đơn giản.  Write back: chỉ ghi vào cache, khi nào Block (trong cache) được ghi bị thay đi  ghi vào BNC  tốc độ nhanh, mạch phức tạp. • Nếu cache miss: thay Block  cache hit Phan Trung Kiên 61 Hoạt động của cache BXL Cache BNC a) Write Through BXL Cache BNC b) Write Back Phan Trung Kiên 62 Ví dụ 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 hai 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 Phan Trung Kiên 63 Bộ nhớ ngoài  Đĩa từ  RAID  Đĩa quang  Flash disk  Băng từ Phan Trung Kiên 64 Các đặc tính của đĩa từ  Đầu từ cố định hay chuyển động  Đĩa cố định hay thay đổi  Một mặt hay hai mặt  Một hay nhiều đĩa  Cơ chế đầu từ • Tiếp xúc (đĩa mềm) • Không tiếp xúc: + Khe cố định + Khe thay đổi Phan Trung Kiên 65 Mặt đĩa Phan Trung Kiên 66 Khuôn dạng của một rãnh (track) Gap1 ID Gap2 DataGap3Gap1 ID Gap2 DataGap3 Track Sync 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 Phan Trung Kiên 67 Nhiều đĩa Phan Trung Kiên 68 Cylinders Phan Trung Kiên 69 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 Phan Trung Kiên 70 Đĩa mềm  8”, 5.25”, 3.5”  Tốc độ chậm  Thông dụng  Dung lượng nhỏ • Chỉ tới 1.44MB (loại 2.88 MB không phổ dụng)  Rẻ tiền  Tương lai có thể không dùng nữa? Phan Trung Kiên 71 Đĩa mềm Ổ đĩa mềm Phan Trung Kiên 72 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: > 300 GB  Tốc độ đọc/ghi nhanh  Giá thành rẻ Phan Trung Kiên 73 Đĩa cứng Đĩa Trục quay Cần mang đầu từ Cơ cấu chuyển động đầu từ Cáp dữ liệu (SCSI hoặc EIDE) Điện Đầu từ Phan Trung Kiên 74 RAID  Redundant Array of Independent Disks  Có 7 loại RAID (RAID 0  RAID 6)  Không phân cấp RAID  Tập hợp nhiều đĩa vật lý được HĐH coi như một đĩa (logic) duy nhất  Dữ liệu được phân bố trên nhiều đĩa vật lý khác nhau  Dung lượng RAID lên tới hàng nghìn GB  Do dung lượng lớn  cần có một phần đĩa dùng để lưu trữ thông tin an toàn Phan Trung Kiên 75 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 Phan Trung Kiên 76 ánh xạ dữ liệu đối với RAID 0 Phan Trung Kiên 77 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 Phan Trung Kiên 78 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 Phan Trung Kiên 79 RAID 3  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 Phan Trung Kiên 80 RAID 4  Mỗi đĩa hoạt động độc lập  Thích hợp với truyền dữ liệu tốc độ cao  Strip lớn  Bit parity được tính toán dựa vào các strip trên mỗi đĩa  Parity được lưu trữ trên đĩa parity theo từng khối Phan Trung Kiên 81 RAID 5  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 Phan Trung Kiên 82 RAID 6  Dùng (n + 2) đĩa  Dùng 2 khối parity  Hai khối parity được lưu trữ riêng biệt trên các đĩa khác nhau Phan Trung Kiên 83 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 Phan Trung Kiên 84 Hoạt động của đĩa CD Nh·n ®Üa TÇng b¶o vÖ (axit acrylic) TÇng ph¶n x¹ (nh«m) Líp polycarbonate (plastic) §Üa CD-ROM, dung l−îng 682 MB C¸c tiªu ®iÓm laser trªn c¸c hèc polycarbonate ë phÝa tr−íc tÇng ph¶n x¹ Axit acrylic b¶o vÖ Polycarbonate Hèc PhÇn b»ng Nh«m Göi/nhËn tia laser Phan Trung Kiên 85 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, ... Phan Trung Kiên 86 Khuôn dạng CD-ROM  Mode 0: trường dữ liệu trống  Mode 1: 2048 byte dữ liệu + sửa lỗi  Mode 2: 2336 byte dữ liệu Phan Trung Kiên 87 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 Phan Trung Kiên 88 Các bộ nhớ quang khác  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 Líp polycarbonate, mÆt 2 Líp polycarbonate, mÆt 1 TÇng b¸n ph¶n x¹, mÆt 2 TÇng b¸n ph¶n x¹, mÆt 1 TÇng polycarbonate, mÆt 2 TÇng polycarbonate, mÆt 1 TÇng ph¶n x¹ hoµn toµn, mÆt 2 TÇng ph¶n x¹ hoµn toµn, mÆt 1 C¸c tiªu ®iÓm trªn c¸c hèc cña mét tÇng (cña mét mÆt). §Üa ph¶i ®−îc lËt ®Ó ®äc mÆt kia §Üa DVD, hai mÆt, hai tÇng, dung l−îng: 17 GB Phan Trung Kiên 89 Flash disk  Kết nối qua cổng USB  Không phải dạng đĩa  Bộ nhớ bán dẫn cực nhanh (flash memory)  Dung lượng tăng nhanh  Thuận tiện Phan Trung Kiên 90 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 từ quay (như đầu từ video) • Dung lượng tương đối lớn  4 GB không nén  8 GB nén • Dùng để backup PC, server mạng Phan Trung Kiên 91 Hệ thống nhớ trên PC hiện nay  Bộ nhớ cache: tích hợp trên chip vi xử lý  Bộ nhớ chính: tồn tại dưới dạng các mô- đun nhớ RAM • SIMM – Single Inline Memory Module 30 chân: 8 đường dữ liệu 72 chân: 32 đường dữ liệu • DIMM - Dual Inline Memory Module 168 chân: 64 đường dữ liệu • RIMM – Rambus DRAM Phan Trung Kiên 92 Hệ thống nhớ trên PC (tiếp)  ROM BIOS chứa các chương trình sau: • Chương trình POST (Power On Self Test) • Chương trình CMOS Setup • Chương trình Bootstrap loader • Các trình điều khiển vào-ra cơ bản (BIOS)  CMOS RAM: • Cấu hình hệ thống • Đồng hồ hệ thống • Có pin nuôi riêng  Video RAM: quản lý thông tin của màn hình  Các loại bộ nhớ ngoài Phan Trung Kiên 93 Kiến trúc máy tính HẾT CHƯƠNG 5 Phan Trung Kiên 94 Câu hỏi  Câu 1: Mô tả hoạt động của kỹ thuật ánh xạ trực tiếp  Câu 2: Mô tả hoạt động của kỹ thuật ánh xạ liên kết hoàn toàn  Câu 3: Mô tả hoạt động của kỹ thuật ánh xạ liên kết tập hợp Phan Trung Kiên 95 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. Phan Trung Kiên 96 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. Phan Trung Kiên 97 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.