KIEN TRUC MAY TINH CHUONG 5

Nguyen Thanh Tung THPT QUY H
OP I
1
KiÕn tróc m¸y tÝnh
Ch­¬ng 5
HÖ thèng nhí m¸y tÝnh
2
Nội dung bài giảng

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương 2: Biểu diễn DL & số học máy tính

Chương 3: Bộ xử lý

Chương 4: Kiến trúc tập lệnh

Chương 5: Hệ thống nhớ

Chương 6: Hệ thống vào/ra
3
Néi dung ch­¬ng 5

Tæng quan vÒ hÖ thèng nhí

Bé nhí b¸n dÉn

Bé nhí chÝnh

Bé nhí cache


Bé nhí ngoµi.
4
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
5
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)
6
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
7
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
8
Bé nhí b¸n dÉn

Ph©n lo¹i

Tæ chøc chip nhí b¸n dÉn

ThiÕt kÕ c¸c modul nhí b¸n dÉn

Bµi tËp

9
Bộ nhớ bán dẫn
Kiểu bộ nhớ Tiêu chuẩn Khả năng xóa Cơ chế ghi Tính
thay đổi
Read Only Memory
(ROM)
Bộ nhớ
chỉ đọc
Không
xóa được
Mặt nạ
Không
khả biến
Programmable ROM
(PROM)
Bằng điện
Erasable PROM
(EPROM)
Bộ nhớ
hầu như
chỉ đọc
Bằng tia cực tím,
cả chip
Electrically Erasable
PROM (EEPROM)
Bằng điện,
mức từng byte
Flash memory
Bộ nhớ
đọc - ghi

Bằng điện,
từng khối
Random Access Memory
(RAM)
Bằng điện,
từng byte
Khả biến
10
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
11
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
12
C¸c kiÓu ROM

EEPROM (Electrically Erasable PROM):
•
Cã thÓ ghi theo tõng byte
•
Xãa b»ng ®iÖn
•
Ghi l©u h¬n ®äc

Flash memory (bé nhí cùc nhanh)
•
Ghi theo khèi
•

Xãa b»ng ®iÖn
13
RAM (Random Access Memory)

Bé nhí ®äc / ghi

Kh¶ biÕn

L­u tr÷ th«ng tin t¹m thêi

Cã hai lo¹i RAM:
•
SRAM (Static RAM)
•
DRAM (Dynamic RAM)
14
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
15
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
16
VÝ dô vÒ DRAM
17
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
Chọn
Điều khiển
Dữ liệu vào Chọn
Điều khiển
Dữ liệu ra
Ô nhớ Ô nhớ
a) Ghi b) Đọc
18
Tæ chøc cña chip nhí
Chip nhí
D
0
D
1
D
m - 1
A
0
A
1
A
n - 1
CS
RD WR
.
.

.
.
.
.
.
.
19
Các tín hiệu của chip nhớ

Các đường địa chỉ: A
0
ữ A
n - 1
có 2
n
ngăn nhớ.

Các đường dữ liệu: D
0
ữ 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
20
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
21
VÝ dô: chip 16Mb DRAM (4M x 4 bit)
22
C¸c chip nhí (nh×n bªn ngoµi)
23
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)
24
Tăng độ dài ngăn nhớ

Ví dụ 1:

Cho chip nhớ SRAM: 8K x 4 bit

H y thiết kế modul nhớ ã 8K x 8 bit

Giải:

Dung lượng chip nhớ: 2
13
x 4 bit

Chip nhớ có:
13 đường địa chỉ (A
0

ữ A
12
), 4 đường dữ liệu (D

0
ữ D
3
)

Modul nhớ cần có:
13 đường địa chỉ (A
0

ữ A
12
), 8 đường dữ liệu (D
0
ữ D
7
)
25
H×nh vÏ (vÝ dô 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