1. Néi dung bµi gi¶ng
CÊu tróc m¸y tÝnh  Ch­¬ng 1: Giíi thiÖu chung
 Ch­¬ng 2: BiÓu diÔn DL & sè häc m¸y
Ch­¬ng 5 tÝnh
HÖ thèng nhí m¸y tÝnh  Ch­¬ng 3: Bé xö lý
 Ch­¬ng 4: KiÕn tróc tËp lÖnh
 Ch­¬ng 5: HÖ thèng nhí
 Ch­¬ng 6: HÖ thèng vµo/ra
1 2
Néi dung ch­¬ng 5 C¸c ®Æc tr­ng cña hÖ thèng nhí
 Tæng quan vÒ hÖ thèng nhí  VÞ trÝ (location)
 Bé nhí b¸n dÉn • Bªn trong Bé xö lý: C¸c thanh ghi
 Bé nhí chÝnh • Bé nhí trong: Bé nhí chÝnh
Bé nhí cache
 Bé nhí cache
• Bé nhí ngoµi: §Üa tõ, b¨ng tõ
 Bé nhí ngoµi.
§Üa quang
 Dung l­îng (capacity)
• §é dµi ng¨n nhí (®¬n vÞ lµ bit)
3 • Sè l­îng ng¨n nhí 4
1

2. C¸c ®Æc tr­ng cña hÖ thèng nhí C¸c ®Æc tr­ng cña hÖ thèng nhí
 §¬n vÞ truyÒn (unit of transfer)  KiÓu vËt lý cña bé nhí (physical type)
• TruyÒn theo tõ nhí • Bé nhí b¸n dÉn
• TruyÒn theo khèi nhí • Bé nhí tõ: b¨ng tõ vµ ®Üa tõ
 Ph­¬ng ph¸p truy nhËp (access method) • Bé nhí quang: ®Üa quang
• Truy nhËp tuÇn tù (b¨ng tõ)  C¸c ®Æc tr­ng vËt lý (physical
• Truy nhËp trùc tiÕp (®Üa tõ, ®Üa quang) characteristics)
• Truy nhËp ngÉu nhiªn (bé nhí trong) • Bé nhí kh¶ biÕn / kh«ng kh¶ biÕn
• Truy nhËp liªn kÕt (bé nhí cache) • Bé nhí xãa ®­îc / kh«ng xãa ®­îc
5 6
Ph©n cÊp hÖ thèng nhí Bé nhí b¸n dÉn
Bé xö lý
 Ph©n lo¹i
TËp
Cache Cache
Bé Bé  Tæ chøc chip nhí b¸n dÉn
thanh nhí nhí
ghi
L1 L2
chÝnh ngoµi  ThiÕt kÕ c¸c modul nhí b¸n dÉn
 Bµi tËp
Tõ tr¸i sang ph¶i:
• Dung l­îng t¨ng dÇn
• Tèc ®é trao ®æi d÷ liÖu gi¶m dÇn
• Gi¸ thµnh /1 bit gi¶m dÇn
• TÇn suÊt BXL truy nhËp gi¶m dÇn
• Møc tr¸i chøa mét phÇn d÷ liÖu cña møc ph¶i 7 8
2

3. Bé nhí b¸n dÉn ROM (Read Only Memory)
TÝnh
KiÓu bé nhí Tiªu chuÈn Kh¶ n¨ng xãa C¬ chÕ ghi
thay ®æi  Lµ lo¹i bé nhí kh«ng kh¶ biÕn
Read Only Memory
(ROM) Bé nhí Kh«ng MÆt n¹
 L­u tr÷ c¸c th«ng tin:
Programmable ROM
chØ ®äc xãa ®­îc • Th­ viÖn c¸c ch­¬ng tr×nh con
(PROM)
Erasable PROM B»ng tia cùc tÝm,
• C¸c ch­¬ng tr×nh hÖ thèng (BIOS)
c¶ chip Kh«ng
Bé nhí
(EPROM)
hÇu nh­
kh¶ biÕn • C¸c b¶ng chøc n¨ng
Electrically Erasable PROM B»ng ®iÖn,
(EEPROM) chØ ®äc møc tõng byte • Vi ch­¬ng tr×nh
B»ng ®iÖn
Flash memory B»ng ®iÖn,
Bé nhí tõng khèi
Random Access Memory ®äc - ghi B»ng ®iÖn, Kh¶ biÕn
(RAM) tõng byte
9 10
C¸c kiÓu ROM C¸c kiÓu ROM
 ROM mÆt n¹ (ROM cè ®Þnh):  EEPROM (Electrically Erasable
• Th«ng tin ®­îc ghi ngay khi s¶n xuÊt
• RÊt ®¾t PROM):
 PROM (Programmble ROM): • Cã thÓ ghi theo tõng byte
• Khi s¶n xuÊt ch­a ghi d÷ liÖu • Xãa b»ng ®iÖn
• CÇn thiÕt bÞ chuyªn dïng ®Ó ghi b»ng ch­¬ng
tr×nh, chØ ghi ®­îc mét lÇn • Ghi l©u h¬n ®äc
 EPROM (Erasable PROM):  Flash memory (bé nhí cùc nhanh)
• Khi s¶n xuÊt ch­a ghi d÷ liÖu
• CÇn thiÕt bÞ chuyªn dông ®Ó ghi b»ng ch­¬ng • Ghi theo khèi
tr×nh, ghi ®­îc nhiÒu lÇn • Xãa b»ng ®iÖn
• Tr­íc khi ghi l¹i, ph¶i xãa b»ng tia cùc tÝm
11 12
3

4. RAM (Random Access Memory) C¸c kiÓu RAM
 Bé nhí ®äc / ghi  DRAM
 Kh¶ biÕn • C¸c bit ®­îc l­u tr÷ trªn tô ®iÖn  cÇn ph¶i
cã m¹ch lµm t­¬i
 L­u tr÷ th«ng tin t¹m thêi
• CÊu tróc ®¬n gi¶n
 Cã hai lo¹i RAM:
• Dung l­îng lín
• SRAM (Static RAM)
• Tèc ®é chËm h¬n SRAM
• DRAM (Dynamic RAM)
• RÎ h¬n SRAM
• Dïng lµm bé nhí chÝnh
13 14
C¸c kiÓu RAM VÝ dô vÒ DRAM
 SRAM
• C¸c bit ®­îc l­u tr÷ b»ng c¸c Flip-Flop
• Kh«ng cÇn m¹ch lµm t­¬i
• CÊu tróc phøc t¹p h¬n DRAM
• Dung l­îng nhá
• Tèc ®é nhanh h¬n DRAM
• §¾t h¬n DRAM
• Dïng lµm bé nhí cache
15 16
4

5. Tæ chøc « nhí Tæ chøc cña chip nhí
§iÒu khiÓn §iÒu khiÓn
A0 D0
Chän D÷ liÖu vµo Chän D÷ liÖu ra A1 D1
.
¤ nhí ¤ nhí .
.
. Chip nhí .
.
a) Ghi b) §äc .
An - 1 .
CS Dm - 1
 ¤ nhí lµ phÇn tö nhí ®­îc 1 bit th«ng tin
 C¸c tÝn hiÖu:
• TÝn hiÖu chän ®­îc göi ®Õn ®Ó chän « nhí
• TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn chØ thÞ viÖc ghi hay ®äc
RD WR
• TÝn hiÖu thø ba lµ ®­êng d÷ liÖu 17 18
C¸c tÝn hiÖu cña chip nhí Tæ chøc cña DRAM
 C¸c ®­êng ®Þa chØ: A0  An - 1  cã 2n  Dïng n ®­êng ®Þa chØ dån kªnh  cho
ng¨n nhí. phÐp truyÒn 2n bit ®Þa chØ
 C¸c ®­êng d÷ liÖu: D0  Dm - 1  ®é dµi  TÝn hiÖu chän ®Þa chØ hµng RAS (Row
ng¨n nhí lµ m bit. Address Select)
 Dung l­îng chip nhí: 2n x m bit  TÝn hiÖu chän ®Þa chØ cét CAS (Column
 C¸c ®­êng ®iÒu khiÓn: Address Select)
• TÝn hiÖu chän chip: CS (Chip Select)
• TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®äc: RD / OE
 Dung l­îng cña DRAM: 22n x m bit
• TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ghi: WR / WE
19 20
5

6. VÝ dô: chip 16Mb DRAM (4M x 4 bit) C¸c chip nhí (nh×n bªn ngoµi)
21 22
ThiÕt kÕ modul nhí b¸n dÉn T¨ng ®é dµi ng¨n nhí
 Dung l­îng chip nhí lµ 2n x m bit  VÝ dô 1:
• Cho chip nhí SRAM: 8K x 4 bit
 CÇn thiÕt kÕ ®Ó t¨ng dung l­îng:
• H·y thiÕt kÕ modul nhí 8K x 8 bit
• T¨ng ®é dµi ng¨n nhí (t¨ng m)
 Gi¶i:
• T¨ng sè l­îng ng¨n nhí (t¨ng n)
• Dung l­îng chip nhí: 213 x 4 bit
• KÕt hîp c¶ hai lo¹i (t¨ng m vµ n) • Chip nhí cã:
13 ®­êng ®Þa chØ (A0  A12), 4 ®­êng d÷ liÖu (D0  D3)
• Modul nhí cÇn cã:
13 ®­êng ®Þa chØ (A0  A12), 8 ®­êng d÷ liÖu (D0  D7)
23 24
6

7. H×nh vÏ (vÝ dô 1) T¨ng ®é dµi ng¨n nhí
A0  A12
Bµi to¸n t¨ng ®é dµi tæng qu¸t:
A0  A12 A0  A12
8K x 4 bit 8K x 4 bit  Cho chip nhí 2n x m bit
D4D7
D0  D3 D0  D3 D0D3  CÇn thiÕt kÕ modul nhí 2n x (k.m) bit
 CÇn ghÐp nèi k chip nhí
CS CS
WE OE WE OE
CS
WE
OE
25 26
T¨ng sè l­îng ng¨n nhí H×nh vÏ (vÝ dô 2)
A0  A11
 VÝ dô 2: A0A11
• Cho chip nhí SRAM: 4K x 4 bit D0D3
• H·y thiÕt kÕ modul nhí 8K x 4 bit CS
A12 A Y0
 Gi¶i: WE OE
• Dung l­îng chip nhí: 212 x 4 bit D0  D3
• Chip nhí cã: CS G Y1 A0A11
12 ®­êng ®Þa chØ (A0  A11), 4 ®­êng d÷ liÖu (D0  D3) D0D3
• Modul nhí cÇn cã: G A Y1 Y0 CS
13 ®­êng ®Þa chØ (A0  A12), 4 ®­êng d÷ liÖu (D0  D3) 0 0 0 1
0 1 1 0
WE OE
1 X 1 1
WE
27 OE 28
7

8. T¨ng sè l­îng ng¨n nhí T¨ng sè l­îng vµ ®é dµi ng¨n nhí
 Bµi to¸n t¨ng sè l­îng tæng qu¸t:  VÝ dô 3:
• Cho chip nhí SRAM: 8K x 4 bit
 Cho chip nhí 2n x m bit
• H·y thiÕt kÕ modul nhí 16K x 8 bit
 CÇn ghÐp nèi modul nhí: 2k+n x m bit
 Gi¶i:
 CÇn ghÐp nèi 2k chip • Dung l­îng chip nhí: 213 x 4 bit
vµ ph¶i dïng bé gi¶i m· k: 2k (k  2k) • Chip nhí cã:
13 ®­êng ®Þa chØ (A0  A12), 4 ®­êng d÷ liÖu (D0  D3)
• Modul nhí cÇn cã:
14 ®­êng ®Þa chØ (A0  A13), 8 ®­êng d÷ liÖu (D0  D7)
29 30
H×nh vÏ (vÝ dô 3) T¨ng sè l­îng vµ ®é dµi ng¨n nhí
A0A12
A0A12 A0A12  Bµi to¸n t¨ng sè l­îng vµ ®é dµi tæng
D0D3 D0D3 D0D7 qu¸t:
CS CS
A13  Cho chip nhí 2n x m bit
A Y0 WE OE WE OE
 CÇn ghÐp nèi modul nhí: 2p+n x (q.m) bit
CS
G Y1 A0A12 A0A12  CÇn ghÐp nèi q.2p chip thµnh 2p bé, mçi
D0D3 D0D3 D0D7
bé q chip vµ ph¶i dïng bé gi¶i m· p: 2p (p
CS CS
WE OE WE OE
 2p)
WE
OE
31 32
8

9. Bé nhí chÝnh Bé nhí chÝnh
 C¸c ®Æc tr­ng c¬ b¶n  Tæ chøc bé nhí ®an xen
• Chøa c¸c ch­¬ng tr×nh ®ang thùc hiÖn vµ c¸c d÷
• §é réng cña bus d÷ liÖu ®Ó trao ®æi víi bé
liÖu ®ang ®­îc sö dông
• Tån t¹i trªn mäi hÖ thèng m¸y tÝnh nhí: m = 8, 16, 32, 64, ... bit
• §­îc ®¸nh ®Þa chØ trùc tiÕp bëi CPU: cã nhiÒu • C¸c ng¨n nhí tæ chøc theo byte
ng¨n nhí, mçi ng¨n nhí ®­îc g¸n mét ®Þa chØ x¸c
®Þnh
• ViÖc qu¶n lý l«gic BNC tïy thuéc vµo tõng H§H
• VÒ nguyªn t¾c, ng­êi lËp tr×nh cã thÓ can thiÖp
trùc tiÕp vµo toµn bé BNC cña m¸y tÝnh
33 34
VÝ dô: m = 8 bit m = 16 bit
§Þa chØ Bank nhí §Þa chØ Bank 0 §Þa chØ Bank 1
0 0 1
1 2 3
2 4 5
3 6 7
..... ..... .....
n 2n 2n+1
Bus hÖ thèng Bus hÖ thèng
35 36
9

10. m = 32 bit Bé nhí cache
§Þa chØ Bank 0 §Þa chØ Bank 1 §Þa chØ Bank 2 §Þa chØ Bank 3  Nguyªn t¾c chung
0 1 2 3
4 5 6 7
 C¸c kü thuËt ¸nh x¹ ®Þa chØ
8 9 10 11  C¸c thuËt to¸n thay thÕ
12 13 14 15
..... ..... ..... .....  Ho¹t ®éng cña cache
4n 4n+1 4n+2 4n+3  Bµi tËp
Bus hÖ thèng
37 38
Nguyªn t¾c chung C¸c kh¸i niÖm
 Cache cã tèc ®é nhanh h¬n bé nhí chÝnh  Cache hit, cache miss:
 Cache ®­îc ®Æt gi÷a CPU vµ bé nhí chÝnh • Cache hit (tróng cache): khi CPU truy nhËp mét tõ nhí
mµ tõ nhí ®ã ®ang cã trong cache.
nh»m t¨ng tèc ®é truy nhËp bé nhí cña CPU • Cache miss (tr­ît cache): khi CPU truy nhËp mét tõ nhí
 Cache cã thÓ ®­îc ®Æt trªn chip CPU mµ tõ nhí ®ã kh«ng cã trong cache.
 Nguyªn lý ®Þnh vÞ tham sè bé nhí:
• §Þnh vÞ vÒ thêi gian: Mét môc th«ng tin võa ®­îc truy
nhËp th× cã x¸c suÊt lín lµ ngay sau ®ã nã ®­îc truy nhËp
l¹i.
• §Þnh vÞ vÒ kh«ng gian: Mét môc th«ng tin võa ®­îc truy
nhËp th× cã x¸c suÊt lín lµ ngay sau ®ã c¸c môc l©n cËn
sÏ ®­îc truy nhËp.
39 40
10

11. C¸c kh¸i niÖm H×nh vÏ minh häa
 Trao ®æi th«ng tin gi÷a cache vµ BNC: B0
B1
• BNC ®­îc chia thµnh c¸c Block nhí Tag D÷ liÖu B2
L0 .
• Cache ®­îc chia thµnh c¸c Line nhí L1
.
.
• KÝch th­íc Line b»ng kÝch th­íc Block BXL
.
.
.
.
 Sè l­îng Line << Sè l­îng Block .
.
.
.
 Mçi Line trong cache ®­îc g¾n thªm mét Lm-2 .
Lm-1 .
Tag ®Ó x¸c ®Þnh Block nµo (cña BNC) .
®ang ë trong Line Bé nhí cache Bp-2
Bp-1
41 Bé nhí chÝnh 42
C¸c kü thuËt ¸nh x¹ ®Þa chØ ¸nh x¹ trùc tiÕp
 ¸nh x¹ trùc tiÕp (direct mapping)  Mçi Block cña BNC chØ ®­îc ¸nh x¹ vµo mét
Line duy nhÊt:
 ¸nh x¹ liªn kÕt hoµn toµn i = j mod m
(fully associative mapping) • i: sè hiÖu Line trong cache
• j: sè hiÖu Block trong BNC
 ¸nh x¹ liªn kÕt tËp hîp • m: sè l­îng Line trong cache
(set associative mapping)  Cô thÓ: B0  L0 Bm  L0 ...
B1  L1 Bm+1  L1 ...
... ...
Bm-1  Lm-1 B2m-1  Lm-1 ...
43 44
11

12. ¸nh x¹ trùc tiÕp ¸nh x¹ trùc tiÕp
 Nh­ vËy:  Khi ®ã, ®Þa chØ do CPU ph¸t ra gåm 3 tr­êng:
L0 : B0, Bm, B2m, ..., Bnm Tag Line Word
L1 : B1, Bm+1, B2m+1, ..., Bnm+1 s - r bit r bit w bit
• Word: x¸c ®Þnh sè hiÖu ng¨n nhí trong Block
 Block (Line) cã 2w ng¨n nhí
....... • Line: x¸c ®Þnh sè hiÖu Line trong cache
 Cache cã 2r Line, cache chøa 2r + w ng¨n nhí
• Tag: x¸c ®Þnh Block nµo ®ang ë trong Line
Lm-1: Bm-1, B2m-1, B3m-1, ..., B(n+1)m-1  BNC chøa 2(s - r) + r + w = 2s + w ng¨n nhí
45 46
VÝ dô 1 VÝ dô 2
 Cho m¸y tÝnh cã dung l­îng:  Cho m¸y tÝnh cã dung l­îng:
• BNC = 128 MB, cache = 256 KB, line = 32 byte, • BNC = 256 MB, cache = 64 KB, line = 16 byte,
• §é dµi ng¨n nhí = 1 byte. • §é dµi ng¨n nhí = 4 byte.
T×m d¹ng ®Þa chØ do BXL ph¸t ra? T×m d¹ng ®Þa chØ do BXL ph¸t ra?
 Gi¶i: Ta cã:  Gi¶i: Ta cã:
• BNC = 128 MB = 27 * 220 byte = 227 byte • BNC = 256 MB = 228 byte = 228/22 = 226 ng/nhí
• Cache = 256 KB = 28 * 210 byte = 218 byte • Cache = 64 KB = 216 byte = 216/22 = 214 ng/nhí
• Line = 32 byte = 25 byte  w = 5 • Line = 16 byte =24/22 = 22 ng/nhí  w = 2
• Sè l­îng Line trong cache: 218/25 = 213  r = 13 • Sè l­îng Line trong cache: 214/22 = 210  r = 10
• Sè bit cña phÇn Tag: 27 - 13 - 5 = 9, s - r = 9 • Sè bit cña phÇn Tag: 26 - 10 - 2 = 9, s - r = 14
9 13 5 14 10 2
47 48
12

13. S¬ ®å thùc hiÖn NhËn xÐt
 ­u ®iÓm:
• DÔ thùc hiÖn, v× mét Block ®­îc ¸nh x¹ cè
®Þnh vµo mét Line  kh«ng cÇn thuËt to¸n
chän Line.
• ThiÕt kÕ m¹ch ®¬n gi¶n.
 Nh­îc ®iÓm:
• TØ lÖ cache hit thÊp.
49 50
¸nh x¹ liªn kÕt hoµn toµn S¬ ®å thùc hiÖn
 Mçi Block trong BNC ®­îc ¸nh x¹ vµo mét
Line bÊt kú trong Cache
 Khi ®ã, ®Þa chØ do BXL ph¸t ra cã d¹ng:
Tag Word
s bit w bit
• Word: x¸c ®Þnh ng¨n nhí trong Block
 Block cã 2w ng¨n nhí
• Tag: x¸c ®Þnh Block ®ang ë trong Line
 Sè l­îng Block: 2s
 Dung l­îng BNC: 2s + w ng¨n nhí 51 52
13

14. NhËn xÐt ¸nh x¹ liªn kÕt tËp hîp
 ­u ®iÓm:  Cache ®­îc chia thµnh nhiÒu Set, mçi Set
• TØ lÖ cache hit cao h¬n ¸nh x¹ trùc tiÕp v× gåm nhiÒu Line liªn tiÕp
mét Block ®­îc phÐp vµo mét Line bÊt kú.  Mét Block cña BNC chØ ®­îc ¸nh x¹ vµo
 Nh­îc ®iÓm: mét Set duy nhÊt trong cache, nh­ng
• ThiÕt kÕ m¹ch t­¬ng ®èi phøc t¹p, thÓ hiÖn ë ®­îc ¸nh x¹ vµo Line bÊt kú trong set ®ã:
m¹ch so s¸nh. i = j mod v
• i: sè hiÖu Set trong cache
• j: sè hiÖu Block trong BNC
53
• v: sè l­îng Set trong cache 54
¸nh x¹ liªn kÕt tËp hîp VÝ dô 1
 Khi ®ã, ®Þa chØ do BXL ph¸t ra gåm:  Cho m¸y tÝnh cã dung l­îng:
• BNC = 512 MB, cache = 128 KB, line = 32 byte,
Tag Set Word • Set = 8 Line, ®é dµi ng¨n nhí = 1 byte.
T×m d¹ng ®Þa chØ do BXL ph¸t ra?
s - d bit d bit w bit  Gi¶i: Ta cã:
• Word: x¸c ®Þnh sè hiÖu ng¨n nhí trong Block
• BNC = 512 MB = 229 byte; Cache = 128 KB = 217 byte
 Block (Line) cã 2w ng¨n nhí • Line = 25 byte  w = 5
• Set: x¸c ®Þnh sè hiÖu Set trong cache • Dung l­îng Set: 23 * 25 = 28 byte
 Cache cã 2d Set  sè l­îng Set trong Cache: 217/28 = 29  d = 9
• Tag: x¸c ®Þnh Block nµo ®ang ë trong Line • Sè bit cña phÇn Tag: 29 - 9 - 5 = 15, s - d = 15
 BNC chøa 2(s - d) + d + w = 2s + w ng¨n nhí
15 9 5
55 56
14

15. VÝ dô 2 S¬ ®å thùc hiÖn
 Cho m¸y tÝnh cã dung l­îng:
• BNC = 256 MB, cache = 128 KB, line = 64 byte,
• Set = 4 Line, ®é dµi ng¨n nhí = 4 byte.
T×m d¹ng ®Þa chØ do BXL ph¸t ra?
 Gi¶i: Ta cã:
• BNC = 228 byte = 228/22 = 226 ng/nhí
• Cache = 217 byte = 217/22 = 215 ng/nhí
• Line = 26/22 = 24 ng/nhí  w = 4
• D/l Set: 22 * 24= 26  s/l Set: 215/26 = 29  d = 9
• Sè bit cña phÇn Tag: 26 - 9 - 4 = 12, s - d = 12
12 9 5
57 58
NhËn xÐt C¸c thuËt to¸n thay thÕ
 Kü thuËt ¸nh x¹ trùc tiÕp: Kh«ng thay ®­îc
 ­u ®iÓm:  Hai kü thuËt ¸nh x¹ liªn kÕt: cã 4 thuËt to¸n
• TØ lÖ cache hit cao v× mét Block ®­îc phÐp • Random: thay ngÉu nhiªn mét Block cò nµo ®ã
vµo mét Line bÊt kú trong Set, vµ dÔ so  DÔ thùc hiÖn, nhanh nhÊt, tØ lÖ cache hit thÊp.
s¸nh. • FIFO (First In - First Out): thay Block ë ®Çu tiªn trong sè
• §©y lµ kü thuËt ¸nh x¹ tèt nhÊt trong 3 kü c¸c Block ®ang cã trong cache
thuËt.  tØ lÖ cache hit kh«ng cao
• LFU (Least Frequently Used): thay Block ®­îc dïng víi
 Nh­îc ®iÓm: tÇn suÊt Ýt nhÊt  tØ lÖ cache hit t­¬ng ®èi cao
• ThiÕt kÕ m¹ch phøc t¹p. • LRU (Least Recently Used): thay Block ®­îc dïng gÇn
®©y Ýt nhÊt  tØ lÖ cache hit cao
59 60
15

16. Ho¹t ®éng cña cache Ho¹t ®éng cña cache
 §äc:
• NÕu cache hit: ®äc ng¨n nhí tõ cache
BXL Cache BNC
• NÕu cache miss: thay Block  cache hit
 Ghi:
• NÕu cache hit: cã 2 ph­¬ng ph¸p: a) Write Through
 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. BXL Cache BNC
• NÕu cache miss: thay Block  cache hit
b) Write Back
61 62
VÝ dô cache trªn c¸c bé xö lý Intel Bé nhí ngoµi
 80386: kh«ng cã cache trªn chip  §Üa tõ
 80486: • 8KB, kÝch th­íc Line: 16 byte  RAID
• ¸nh x¹ liªn kÕt tËp hîp 4 ®­êng
 §Üa quang
 Pentium: cã hai cache L1 trªn chip
• Cache lÖnh: 8KB, cache d÷ liÖu: 8KB:  Flash disk
 Petium 4: cache L1 (2 lo¹i) vµ L2 trªn chip:  B¨ng tõ
• 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
63 64
16

17. C¸c ®Æc tÝnh cña ®Üa tõ MÆt ®Üa
 §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
65 66
Khu«n d¹ng cña mét r·nh (track) NhiÒu ®Üa
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 Sync
Byte Track Head Sector CRC Data CRC
Byte
Byte 1 2 1 1 2 1 512 2
67 68
17

18. Cylinders 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
69 70
§Üa mÒm §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? æ ®Üa mÒm
71 72
18

19. §Üa cøng §Üa cøng
 Do IBM ph¸t triÓn Trôc quay
CÇn mang ®Çu tõ §Üa
 Mét hoÆc nhiÒu ®Üa C¬ cÊu chuyÓn ®éng
®Çu tõ
 Th«ng dông
 Dung l­îng t¨ng rÊt nhanh
• 2003: 20 GB, 30 GB, 40 GB §Çu tõ
§iÖn
• 2004: > 300 GB
C¸p d÷ liÖu
 Tèc ®é ®äc/ghi nhanh (SCSI hoÆc EIDE)
 Gi¸ thµnh rÎ
73 74
RAID RAID 0
 Redundant Array of Independent Disks  Kh«ng cã phÇn d­ thõa (th«ng tin an toµn)
 Cã 7 lo¹i RAID (RAID 0  RAID 6)  D÷ liÖu ®­îc chøa trong c¸c strip
 Kh«ng ph©n cÊp RAID  T¨ng tèc ®é:
 TËp hîp nhiÒu ®Üa vËt lý ®­îc H§H coi nh­ • D÷ liÖu kh«ng chøa trªn cïng mét ®Üa
mét ®Üa (logic) duy nhÊt • C¸c ®Üa t×m kiÕm theo c¬ chÕ song song
 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
75 76
19

20. ¸nh x¹ d÷ liÖu ®èi víi RAID 0 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
77 78
RAID 2 RAID 3
 Dïng (n + m) ®Üa: n ®Üa d÷ liÖu, m ®Üa m· Hamming  T­¬ng tù RAID 2, nh­ng phÇn th«ng tin an toµn chØ
 C¸c strip rÊt bÐ: kho¶ng 1 hoÆc 2 byte dïng 1 ®Üa
 ViÖc söa lçi ®­îc tÝnh dùa theo c¸c bit t­¬ng øng trªn  ChØ dïng 1 bit parity cho tËp c¸c bit d÷ liÖu t­¬ng
c¸c ®Üa øng
 NhiÒu ®Üa chøa m· Hamming ®Ó söa lçi ë c¸c vÞ trÝ  D÷ liÖu bÞ lçi ®­îc kh«i phôc l¹i nhê phÇn d÷ liÖu
t­¬ng øng “cßn sèng” vµ th«ng tin parity:
 NhiÒu phÇn d­ thõa: ®¾t; kh«ng phæ dông 1 + 3 + 8 + ? = 20  ? = 7
 Tèc ®é truyÒn d÷ liÖu nhanh
79 80
20

21. RAID 4 RAID 5
 Mçi ®Üa ho¹t ®éng ®éc lËp  T­¬ng tù RAID 4, nh­ng parity ®­îc ph©n bè
 ThÝch hîp víi truyÒn d÷ liÖu tèc ®é cao
 Strip lín ®Òu trªn c¸c ®Üa  tr¸nh ®­îc t¾c nghÏn trªn
 Bit parity ®­îc tÝnh to¸n dùa vµo c¸c strip trªn mçi ®Üa parity.
®Üa  Th­êng ®­îc dïng trong c¸c server m¹ng
 Parity ®­îc l­u tr÷ trªn ®Üa parity theo tõng khèi
81 82
RAID 6 §Üa quang CD-ROM
 Dïng (n + 2) ®Üa  Dung l­îng th«ng dông: 650MB 
 Dïng 2 khèi parity 700MB
 Hai khèi parity ®­îc l­u tr÷ riªng biÖt trªn c¸c  ChÊt dÎo ®­îc phñ mét líp
®Üa kh¸c nhau 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
83 84
21

22. Ho¹t ®éng cña ®Üa CD VËn tèc ®Üa CD-ROM
Axit acrylic b¶o vÖ
 §Üa nh¹c cã vËn tèc ®¬n
PhÇn
• KiÓu ®äc: vËn tèc tuyÕn tÝnh kh«ng ®æi
Polycarbonate b»ng Hèc Nh«m (CLV - Constant Linier Velocity)
• 1,2 m/s
Göi/nhËn tia laser
• R·nh (xo¸y èc) dµi kho¶ng 5,27 km
Nh·n ®Üa • Thêi gian ®äc cÇn 4391gi©y = 73,2 phót
TÇng b¶o vÖ (axit acrylic)
TÇng ph¶n x¹ (nh«m)
• Tèc ®é ®äc c¬ së: 150KB/s
Líp polycarbonate (plastic) C¸c tiªu ®iÓm laser trªn c¸c hèc
polycarbonate ë phÝa tr­íc tÇng ph¶n x¹
 C¸c tèc ®é kh¸c lµ béi sè, vÝ dô: 48x,
52x, ...
§Üa CD-ROM, dung l­îng 682 MB
85 86
Khu«n d¹ng CD-ROM 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
 Mode 0: tr­êng d÷ liÖu trèng • Thay ®æi pha
 Dïng vËt liÖu cã hai hÖ sè ph¶n x¹ kh¸c nhau
 Mode 1: 2048 byte d÷ liÖu + söa lçi thuéc hai pha kh¸c nhau
 Mode 2: 2336 byte d÷ liÖu
87 88
22

23. C¸c bé nhí quang kh¸c Flash disk
 DVD  KÕt nèi qua cæng USB
• Digital Video Disk: chØ dïng trªn æ ®Üa xem video
• Digital Versatile Disk: dïng trªn æ m¸y tÝnh  Kh«ng ph¶i d¹ng ®Üa
• Ghi mét hoÆc hai mÆt  Bé nhí b¸n dÉn cùc nhanh (flash memory)
• NhiÒu líp trªn mét mÆt
• Dung l­îng: 4,7 GB trªn mét líp  Dung l­îng t¨ng nhanh
Líp polycarbonate, mÆt 2  ThuËn tiÖn
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 l­îng: 17 GB 89 90
B¨ng tõ
 B¨ng tõ KiÕn tróc m¸y tÝnh
• Truy nhËp tuÇn tù
• Tèc ®é chËm
• Gi¸ thµnh rÊt rÎ HÕt ch­¬ng 5
• 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
91 92
23

24. Bµi tËp Bµi tËp
 Bµi 1: Cho IC nhí cã dung l­îng 8K x 8 bit. H·y  Bµi 5: Cho IC nhí cã dung l­îng 4K x 8 bit.
thiÕt kÕ modul nhí cã dung l­îng 8K x 32 bit.
ChØ dïng Bé gi¶i m· 3: 8, h·y thiÕt kÕ modul
 Bµi 2: Cho IC nhí cã dung l­îng 4K x 16 bit. H·y nhí cã dung l­îng 8K x 8 bit.
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  Bµi 6: Cho IC nhí cã dung l­îng 2K x 8 bit.
thiÕt kÕ modul nhí cã dung l­îng 32K x 8 bit. ChØ dung Bé gi¶i m· 3:8, h·y thiÕt kÕ modul
nhí cã dung l­îng 8K 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  Bµi 7: Cho IC nhí cã dung l­îng 8K x 8 bit.
dung l­îng 16K x 4 bit. ChØ dïng Bé gi¶i m· 1:2, h·y thiÕt kÕ modul
nhí cã dung l­îng 32K x 8bit.
93 94
Bµi tËp Bµi tËp
 Bµi 8: Cho IC nhí cã dung l­îng 8K x 8 bit.  Bµi 1: M« t¶ ho¹t ®éng cña kü thuËt ¸nh
ChØ dïng Bé gi¶i m· 1:2, h·y thiÕt kÕ modul x¹ trùc tiÕp
nhí cã dung l­îng 64K x 32 bit.
 Bµi 2: M« t¶ ho¹t ®éng cña kü thuËt ¸nh
 Bµi 9: Cho IC nhí cã dung l­îng 8K x 4 bit.
x¹ liªn kÕt hoµn toµn
ChØ dïng Bé gi¶i m· 2:4, h·y thiÕt kÕ modul
nhí cã dung l­îng 64K x 4 bit.  Bµi 3: M« t¶ ho¹t ®éng cña kü thuËt ¸nh
x¹ liªn kÕt tËp hîp
95 96
24