Chương 10: W10 coa cachememory

Computer Organization and Architecture
(Tổ chức và Kiến trúc Máy tính)

Chapter 05 05

Cache Memory

Ref:

NỘI DUNG

 Chương trình
 Các thành phần máy tính

CPU
Input / Output
Bus
Connection

2

Đặc điểm

 Vị trí
 Dung lượng
 Đơn vị truyền
 Phương pháp truy xuất
 Hiệu suất
 Kiểu vật lý
 Các đặc tính vật lý
 Tổ chức

3

Vị trí

 CPU

Bên trong
Thanh ghi

 Bộ nhớ trong (Internal)

Bộ nhớ chính
Bộ nhớ cache

 Bộ nhớ ngoài (External)

Các thiết bị nhớ

4

Dung lượng

 Độ dài từ nhớ - Bit
 Số lượng từ nhớ

5

Đơn vị truyền

 Bộ nhớ trong (Internal)

Độ rông Bus

 Bộ nhớ ngoài (External)

Block > Word

 Đơn vị địa chỉ

Mỗi ô nhớ được định danh bởi 1 địa chỉ duy nhất
Từ nhớ
Cluster trên đĩa (disk)

6

Phương pháp Truy xuất

 Tuần tự

Bắt đầu từ vị trí đầu đọc – đọc theo tuần tự
Thời gian truy xuất phụ thuộc vào vị trí của dữ liệu & vị trí trư

ớc đó của đầu đọc
Ví dụ: băng từ.

 Trực tiếp

Mỗi block có duy nhất 1 địa chỉ
Truy xuất bằng cách nhảy đến vùng địa chỉ & tìm kiếm tuần tự

Thời gian truy xuất phụ thuộc vào vị trí truy xuất và vị trí trướ

c đó
Ví dụ: đĩa từ

7

Phương pháp Truy xuất

 Ngẫu nhiên

Mỗi địa chỉ xác định chính xác 1 ô nhớ
Thời gian truy xuất độc lập với vị trí ô nhớ truy xuất hoặc vị tr

í truy xuất trước đó.
Ví dụ: RAM

 Kết hợp

1 dạng truy xuất ngẫu nhiên
Lưu trữ một phần nhỏ
Thời gian truy xuất độc lập với vị trí ô nhớ truy xuất hoặc vị tr

í truy xuất trước đó.
Ví dụ: Cache

8

Phân cấp bộ nhớ

 Thanh ghi – trong CPU
 Bộ nhớ trong – bộ nhớ chính

Cache – level
RAM

 Bộ nhớ ngoài

9

Hiệu suất

 Thời gian truy xuất

Khoảng thời gian giữa lấy địa chỉ & dữ liệu có giá trị

 Tổng thời gian truy xuất bộ nhớ

Thời gian yêu cầu để bộ nhớ phục hồi trước lần truy xuất tiếp t
heo

Tổng thời gian truy cập được tính bằng thời gian truy xuất cộn
g thời gian phục hồi

 Tốc độ truyền

10

Kiểu vật lý

 Bán dẫn - Semiconductor

RAM

 Từ - Magnetic

Đĩa & Băng

 Quang học - Optical

CD & DVD

11

Đặc điểm vật lý

 Không lưu trữ dữ liệu khi không được cấp nguồn – volat
ile memory <> nonvolatile memory

 Có thể xóa dữ liệu – ngoại trừ ROM
 Sử dụng năng lượng

12

Tổ chức

 Sắp xếp các bit trong 1 words

13

Danh sách phân cấp

 Registers
 L1 Cache
 L2 Cache
 Main memory
 Disk cache
 Disk
 Optical
 Tape

14

Cache

 Dung lượng nhỏ - tốc độ truy xuất nhanh
 Nằm giữa bộ nhớ chính & CPU
 Có thể được đặt trên CPU

15

Cấu trúc Cache/Bộ nhớ chính

16

Hoạt động của cache

 CPU yêu cầu nội dung dữ liệu trong 1 ơ nhớ
 Kiểm tra dữ liệu có trong bộ nhớ cache

Nếu có – lấy trong cache
Nếu khơng có – đọc dữ liệu từ bộ nhớ chính đến cache

o Truyền dữ liệu đến CPU
o Cache lưu trữ bao gồm 1 tags để xác định khối ô nhớ tương ứng với m

ỗi slot trong cache

17

Cache – Tác vụ đọc

18

Thiết kế cache

 Địa chỉ
 Kích thước
 Hàm ánh xạ
 Giải thuật thay thế
 Ghi dữ liệu
 Kích thước Block
 Số cache

19

Địa chỉ cache

 Ở đâu?

Giữa processor & bộ quản lý bộ nhớ ảo
Giữa MMU & bộ nhớ chính

 Cache luận lý lưu trữ dữ liệu dùng địa chỉ ảo

Processor truy cập trực tiếp đến cache, không thông qua cache
vật lý

Cache truy xuất nhanh trước khi MMU chuyển đổi địa chỉ
Địa chỉ ảo dùng cùng không gian địa chỉ nhưng khác ứng dụng

o Phải nap cache mỗi lần thực hiện chuyển ngữ cảnh (context switch)

 Cache vật lý lưu trữ dữ liệu dùng địa chỉ bộ nhớ chính
 Chi phí & Tốc độ

20