Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
Néi dung bµi gi¶ng  CÊu tróc m¸y tÝnh                Ch­¬ng 1: Giíi thiÖu chung                                   Ch­¬ng...
C¸c ®Æc tr­ng cña hÖ thèng nhí                                 C¸c ®Æc tr­ng cña hÖ thèng nhí §¬n vÞ truyÒn (unit of tran...
Bé nhí b¸n dÉn                                                                             ROM (Read Only Memory)         ...
RAM (Random Access Memory)                           C¸c kiÓu RAM Bé nhí ®äc / ghi                                    DR...
Tæ chøc « nhí                                                              Tæ chøc cña chip nhí                §iÒu khiÓn ...
VÝ dô: chip 16Mb DRAM (4M x 4 bit)           C¸c chip nhí (nh×n bªn ngoµi)                                        21      ...
H×nh vÏ (vÝ dô 1)                                                        T¨ng ®é dµi ng¨n nhíA0  A12                     ...
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 q...
Bé nhí chÝnh                                               Bé nhí chÝnh C¸c ®Æc tr­ng c¬ b¶n                             ...
m = 32 bit                                                                        Bé nhí cache§Þa chØ   Bank 0   §Þa chØ  ...
C¸c kh¸i niÖm                                    H×nh vÏ minh häa Trao ®æi th«ng tin gi÷a cache vµ BNC:                  ...
¸nh x¹ trùc tiÕp                                               ¸nh x¹ trùc tiÕp Nh­ vËy:                                 ...
S¬ ®å thùc hiÖn                                     NhËn xÐt                                                     ­u ®iÓm:...
NhËn xÐt                                                   ¸nh x¹ liªn kÕt tËp hîp ­u ®iÓm:                              ...
VÝ dô 2                                                           S¬ ®å thùc hiÖn Cho m¸y tÝnh cã dung l­îng:   • BNC = 2...
Ho¹t ®éng cña cache                                                Ho¹t ®éng cña cache  §äc:    • NÕu cache hit: ®äc ng¨n...
C¸c ®Æc tÝnh cña ®Üa tõ                                                           MÆt ®Üa    §Çu tõ cè ®Þnh hay chuyÓn ®é...
Cylinders                                 Tèc ®é ®Üa                                           Thêi gian truy nhËp = t/g ...
§Üa cøng                                            §Üa cøng Do IBM ph¸t triÓn                                           ...
¸nh x¹ d÷ liÖu ®èi víi RAID 0                                     RAID 1                                                  ...
RAID 4                                                        RAID 5 Mçi ®Üa ho¹t ®éng ®éc lËp                           ...
Ho¹t ®éng cña ®Üa CD                                                                                VËn tèc ®Üa CD-ROM    ...
C¸c bé nhí quang kh¸c                                                                 Flash disk DVD                     ...
Bµi tËp                                              Bµi tËp Bµi 1: Cho IC nhí cã dung l­îng 8K x 8 bit. H·y       Bµi 5...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Chuong 5

231 views

Published on

  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Chuong 5

  1. 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 2Néi 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. 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 6Ph©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 tËpTõ 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. 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¶ biÕnRead 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¨ngElectrically Erasable PROM B»ng ®iÖn,(EEPROM) chØ ®äc møc tõng byte • Vi ch­¬ng tr×nh B»ng ®iÖnFlash memory B»ng ®iÖn, Bé nhí tõng khèiRandom Access Memory ®äc - ghi B»ng ®iÖn, Kh¶ biÕn(RAM) tõng byte 9 10C¸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. 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 14C¸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. 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 18C¸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. 6. VÝ dô: chip 16Mb DRAM (4M x 4 bit) C¸c chip nhí (nh×n bªn ngoµi) 21 22ThiÕt 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. 7. H×nh vÏ (vÝ dô 1) T¨ng ®é dµi ng¨n nhíA0  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 OECSWEOE 25 26T¨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. 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 30H×nh vÏ (vÝ dô 3) T¨ng sè l­îng vµ ®é dµi ng¨n nhíA0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. 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 34VÝ 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. 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. 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 42C¸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. 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 46VÝ 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. 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. 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. 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 58NhËn 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. 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. 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 Gap3Byte 17 7 41 515 20 17 7 41 515 20 Sync Sync Byte Track Head Sector CRC Data CRC ByteByte 1 2 1 1 2 1 512 2 67 68 17
  18. 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. 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 74RAID 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. 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 78RAID 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. 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 82RAID 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. 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 86Khu«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. 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 90B¨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. 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

×