Bài giảng kiến trúc máy tính chương 5 phan trung kiên

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

chip
Bộ

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
D
0
D
1
D
m -

1
A
0
A
1

A
n -

1
CS
RD WR
.
.
.
.
.
.
.
.
Phan Trung Kiên
18
Các tín hiệu của chip nhớ


Các đường địa chỉ: A
0



A
n -

1

 có

2
n

ngăn nhớ.


Các đường dữ

liệu: D
0



D
m -

1

 độ

dài ngăn nhớ

là

m bit.


Dung lượng chip nhớ: 2
n

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: 2
2n

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

2
n

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: 2
13

x 4 bit
•

Chip nhớ

có:
13 đường địa chỉ

(A
0



A
12

), 4 đường dữ

liệu (D
0



D
3

)
•

Modul nhớ

cần có:
13 đường địa chỉ

(A0



A
12

), 8 đường dữ

liệu (D
0



D
7

)
Phan Trung Kiên
24
Hình vẽ

(ví

dụ

1)
A
0



A
12
8K x 4 bit
D
0

D
3
CS
WE OE
A
0



A
12
A
0



A
12
8K x 4 bit
D
0
D
3
CS
WE OE
CS
WE
OE
D

0


D
3
D
4


D
7
Phan Trung Kiên
25
Tăng độ

dài ngăn nhớ
Bài toán tăng độ

dài tổng quát:


Cho chip nhớ

2
n

x m

bit


Cần thiết kế

modul nhớ

2
n

x (k.m)

bit
 Cần ghép nối k chip nhớ