Giáo trình Kiến trúc máy tính: Phần 2 - ThS. Võ Đức Khánh

Phần 2 Giáo trình Kiến trúc máy tính tiếp tục giới thiệu đến bạn đọc nội dung tiếp theo là chương 4 và chương 5. Chương 4 cung cấp cho bạn đọc nội dung về bộ nhớ trong của máy tính, chương 5 giới thiệu về bộ nhớ ngoài của máy tính. Hi vọng "Giáo trình Kiến trúc máy tính" là tài liệu thiết thực và bổ ích cho bạn đọc trong việc nghiên cứu và học tập về công nghệ máy tính.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Kiến trúc máy tính: Phần 2 - ThS. Võ Đức Khánh CHÖÔNG 4 Boä nhôù trong cuûa maùy tính 4.1 GIÔÙI THIEÄU VEÀ HEÄ THOÁNG BOÄ NHÔÙ MAÙY TÍNH  Caùc ñaëc tröng cuûa heä thoáng boä nhôù Caùc ñaëc tröng chính cuûa heä thoáng boä nhôù maùy tính bao goàm: - Vò trí (CPU, noäi – chính, ngoaïi – phuï) - Dung löôïng (kích thöôùc word, soá löôïng word) - Ñôn vò truyeàn (word, khoái) - Phöông thöùc truy caäp (tuaàn töï, tröïc tieáp, ngaãu nhieân, lieân keát) - Hieäu suaát (thôøi gian truy caäp, chu kyø thôøi gian, toác ñoä truyeàn) - Kieåu vaät lyù (baùn daãn, beà maët töø hoùa) - Ñaëc tính vaät lyù (khaû bieán/baát bieán, xoùa ñöôïc/khoâng xoùa ñöôïc) - Caùch toå chöùc Caùc muïc tieáp sau seõ trình baøy moät caùch chi tieát veà yù nghóa vaø taàm quan troïng cuûa töøng ñaëc tröng noùi treân. Vò trí Boä nhôù maùy tính bao goàm caû hai loaïi boä nhôù trong vaø ngoaøi. Boä nhôù trong cuûa maùy tính thöôøng ñöôïc ñeà caäp ñeán nhö boä nhôù chính. Boä nhôù ngoaøi cuûa maùy tính goàm caùc thieát bò löu tröõ ngoaïi vi, nhö ñóa vaø baêng töø, voán coù theå truy caäp ñöôïc ñoái vôùi CPU thoâng qua caùc boä ñieàu khieån nhaäp/xuaát. 38 Dung löôïng Vôùi boä nhôù trong, dung löôïng thöôøng ñöôïc bieåu dieãn döôùi daïng byte. (1 byte = 8 bit) hay word. Caùc ñoä daøi word phoå bieán laø 8, 16, vaø 32 bit. Boä nhôù ngoaøi coù dung löôïng ñöôïc bieåu thò theo byte. Ñôn vò truyeàn Vôùi boä nhôù trong, ñôn vò truyeàn baèng vôùi soá ñöôøng döõ lieäu vaøo/ra khoûi module boä nhôù. Giaù trò naøy thöôøng baèng vôùi ñoä daøi cuûa moät word, nhöng cuõng coù theå khoâng. Ñeå hieåu roõ hôn khaùi nieäm naøy, chuùng ta haõy xem xeùt ba khaùi nieäm coù lieân quan ñeán boä nhôù trong: - Word: Ñôn vò töï nhieân cuûa toå chöùc maùy tính. Kích thöôùc cuûa moät word thöôøng baèng vôùi soá bit ñöôïc söû duïng ñeå bieåu dieãn moät soá hay ñoä daøi cuûa chæ thò. Tuy nhieân coù raát nhieàu ngoaïi leä. Laáy ví duï, maùy CRAY-1 coù ñoä daøi word 64 bit trong khi coù bieåu dieãn soá nguyeân 24 bit. Maùy VAX coù nhieàu loaïi ñoä daøi chæ thò döôùi daïng boäi soá cuûa byte, vaø coù kích thöôùc word 32 bit. - Caùc ñôn vò khaû ñònh ñòa chæ: Trong nhieàu heä thoáng, ñôn vò khaû ñònh ñòa chæ laø word. Maëc duø vaäy, coù moät soá heä thoáng cho pheùp ñònh ñòa chæ ôû möùc byte. Trong moïi tröôøng hôïp, moái quan heä giöõa ñoä daøi A cuûa moät ñòa chæ vaø soá N caùc ñôn vò khaû ñònh ñòa chæ laø 2A = N. - Ñôn vò truyeàn: Ñoái vôùi boä nhôù chính, ñaây laø soá bit ñoïc/ghi vaøo boä nhôù taïi moät thôøi ñieåm. Ñôn vò truyeàn khoâng nhaát thieát baèng moät word hay moät ñôn vò khaû ñònh ñòa chæ. Vôùi boä nhôù ngoaøi, döõ lieäu thöôøng ñöôïc truyeàn theo nhöõng ñôn vò lôùn hôn nhieàu so vôùi word vaø ñöôïc goïi laø khoái. Phöông thöùc truy caäp 39 Ñaây laø moät trong nhöõng yeáu toá roõ nhaát giuùp phaân bieät caùc kieåu boä nhôù. Coù boán loaïi phöông thöùc truy caäp: - Truy caäp tuaàn töï: Boä nhôù ñöôïc toå chöùc thaønh caùc ñôn vò döõ lieäu goïi laø baûn ghi. Vieäc truy caäp phaûi ñöôïc thöïc hieän theo moät daõy tuyeán tính cuï theå. Thoâng tin ñòa chæ ñöôïc löu tröõ ñöôïc duøng ñeå phaân taùch caùc baûn ghi vaø hoã trôï quaù trình tìm kieám laáy thoâng tin. Moät boä phaän ñoïc/ghi duøng chung ñöôïc söû duïng. Boä phaän naøy phaûi ñöôïc di chuyeån töø vò trí hieän thôøi cuûa noù ñeán vò trí ñöôïc yeâu caàu, queùt qua vaø töø choái caùc baûn ghi trung gian. Do ñoù, thôøi gian ñeå truy caäp moät baûn ghi tuøy yù bieán ñoåi khaù cao. Caùc ñôn vò baêng töø, ñöôïc thaûo luaän trong chöông 5, laø caùc ñôn vò coù daïng truy caäp tuaàn töï. - Truy caäp tröïc tieáp: Cuõng nhö vôùi truy caäp tuaàn töï, truy caäp tröïc tieáp bao goàm vieäc duøng chung moät boä phaän ñoïc/ghi. Tuy nhieân, caùc khoái hay baûn ghi rieâng leû coù moät ñòa chæ duy nhaát döïa treân vò trí vaät lyù. Vieäc truy caäp ñöôïc thöïc hieän thoâng qua truy caäp tröïc tieáp coäng vôùi tìm kieám tuaàn töï, ñeám, hay chôø ñeå ñeán ñöôïc vò trí cuoái cuøng. Moät laàn nöõa, thôøi gian truy caäp laø bieán ñoåi. Caùc ñôn vò ñóa ñöôïc trình baøy trong chöông 5 laø caùc ñôn vò truy caäp tröïc tieáp. - Truy caäp ngaãu nhieân: Moãi vò trí khaû ñònh ñòa chæ trong boä nhôù coù motä cô cheá ñònh ñòa chæ vaät lyù duy nhaát. Thôøi gian truy caäp moät vò trí cho tröôùc ñoäc laäp vôùi daõy caùc truy caäp tröôùc ñoù vaø khoâng thay ñoåi. Do ñoù, baát kyø moät vò trí naøo cuõng coù theå ñöôïc choïn ngaãu nhieân vaø ñöôïc ñònh ñòa chæ cuõng nhö truy caäp tröïc tieáp. Caùc heä thoáng boä nhôù chính ñöôïc truy caäp ngaãu nhieân. - Lieân keát: Ñaây laø kieåu truy caäp ngaãu nhieân boä nhôù cho pheùp thöïc hieän vieäc so saùnh caùc vò trí bit coù yeâu caàu trong moät word phuïc vuï cho vieäc ñoái saùnh ñaëc bieät naøo ñoù, vaø coù theå 40 thöïc hieän thao taùc naøy cuøng moät luùc cho taát caû caùc word. Do ñoù moät word ñöôïc trích ra döïa treân moät phaàn noäi dung cuûa noù chöù khoâng phaûi döïa treân ñòa chæ. Töông töï nhö vôùi phöông thöùc truy caäp ngaãu nhieân thoâng thöôøng, moãi vò trí nhôù coù cô cheá ñònh ñòa chæ rieâng, vaø thôøi gian laáy thoâng tin khoâng ñoåi, ñoäc laäp vôùi vò trí hoaëc khuoân daïng truy caäp tröôùc ñoù. Boä nhôù cache, ñöôïc ñeà caäp ñeán trong muïc 4.3 coù theå taän duïng caùch truy caäp lieân keát naøy. Ñöùng treân quan ñieåm ngöôøi söû duïng, hai ñaëc tröng quan troïng nhaát cuûa boä nhôù laø dung löôïng vaø hieäu suaát vaän haønh. Coù ba tham soá hieäu suaát ñöôïc söû duïng: - Thôøi gian truy caäp: Ñoái vôùi boä nhôù truy caäp ngaãu nhieân, ñaây ...