Chương 4 Bộ nhớ cache

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 3/23/2014 ‹#› Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 3/23/2014 ‹#› Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 3/23/2014 ‹#› Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 3/23/2014 ‹#› Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 3/23/2014 ‹#› CHƯƠNG 4BỘ NHỚ CACHE Môn:Cấu Trúc Máy Tính GV: Nguyễn Minh Ngọc Nhóm: 2 Danh sách nhóm 1 Nguyễn Tấn Cường 11050881 2 Nguyễn Đình Binh 11075991 3 Đỗ Thanh Bình 11039221 6 Nguyễn Thanh Hải 11238031 4 Đinh Văn Công 11074481 5 Đỗ Tiến Công 11233421 Mục Lục 1 2 CÁC YẾU TỐ CỦA THIẾT KẾ CACHE 3 CẤU TẠO CACHE PENTIUM II 4 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BỘ NHỚ MÁY TÍNH NGUYÊN TẮC BỘ NHỚ CACHE ỨNG DỤNG 5 I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BỘ NHỚ MÁY TÍNH : - Đặc trưng chính của hệ thống bộ nhớ - Hệ thống cấp bậc bộ nhớ 1. Đặc trưng chính của hệ thống bộ nhớ : - Vị trí: Bộ nhớ máy tính bao gồm cả hai loại bộ nhớ trong và ngoài. Bộ nhớ trong của máy tính thường được đề cập đến như bộ nhớ chính. Bộ nhớ ngoài của máy tính gồm các thiết bị lưu trữ ngoại vi, như đĩa và băng từ, vốn có thể truy cập được đối với CPU thông qua các bộ điều khiển nhập/xuất. - Dung lượng: Với bộ nhớ trong, dung lượng thường được biểu diễn dưới dạng byte. (1 byte = 8 bit) hay word. Các độ dài word phổ biến là 8, 16, và 32 bit. Bộ nhớ ngoài có dung lượng được biểu thị theo byte. - Word: Đơn vị tự nhiên của tổ chức máy tính. Kích thước của một word thường bằng với số bit được sử dụng để biểu diễn một số hay độ dài của chỉ thị. - Các đơn vị khả định địa chỉ: Trong nhiều hệ thống, đơn vị khả định địa chỉ là word. Mặc dù vậy, có một số hệ thống cho phép định địa chỉ ở mức byte. Trong mọi trường hợp, mối quan hệ giữa độ dài A của một địa chỉ và số N các đơn vị khả định địa chỉ là 2A = N. -  Đơn vị truyền: Đối với bộ nhớ chính, đây là số bit đọc/ghi vào bộ nhớ tại một thời điểm. Đơn vị truyền không nhất thiết bằng một word hay một đơn vị khả định địa chỉ. Với bộ nhớ ngoài, dữ liệu thường được truyền theo những đơn vị lớn hơn nhiều so với word và được gọi là khối. Phương thức truy cập: Đây là một trong những yếu tố rõ nhất giúp phân biệt các kiểu bộ nhớ. Có bốn loại phương thức truy cập:   + Truy cập tuần tự: Bộ nhớ được tổ chức thành các đơn vị dữ liệu gọi là bản ghi. Việc truy cập phải được thực hiện theo một dãy tuyến tính cụ thể. Thông tin địa chỉ được lưu trữ được dùng để phân tách các bản ghi và hỗ trợ quá trình tìm kiếm lấy thông tin. Một bộ phận đọc/ghi dùng chung được sử dụng. Bộ phận này phải được di chuyển từ vị trí hiện thời của nó đến vị trí được yêu cầu, quét qua và từ chối các bản ghi trung gian. + Truy cập ngẫu nhiên: Mỗi vị trí khả định địa chỉ trong bộ nhớ có mô tả cơ chế định địa chỉ vật lý duy nhất. Thời gian truy cập một vị trí cho trước độc lập với dãy các truy cập trước đó và không thay đổi. Do đó, bất kỳ một vị trí nào cũng có thể được chọn ngẫu nhiên và được định địa chỉ cũng như truy cập trực tiếp.   + Truy cập trực tiếp: Cũng như với truy cập tuần tự, truy cập trực tiếp bao gồm việc dùng chung một bộ phận đọc/ghi. Tuy nhiên, các khối hay bản ghi riêng lẻ có một địa chỉ duy nhất dựa trên vị trí vật lý. Việc truy cập được thực hiện thông qua truy cập trực tiếp cộng với tìm kiếm tuần tự, đếm, hay chờ để đến được vị trí cuối cùng . + Liên kết: Đây là kiểu truy cập ngẫu nhiên bộ nhớ cho phép thực hiện việc so sánh các vị trí bit có yêu cầu trong một word phục vụ cho việc đối sánh đặc biệt nào đó, và có thể thực hiện thao tác này cùng một lúc cho tất cả các word. – Hiệu suất : Đứng trên quan điểm người sử dụng, hai đặc trưng quan trọng nhất của bộ nhớ là dung lượng và hiệu suất vận hành. Có ba tham số hiệu suất được sử dụng: +Thời gian truy cập: Đối với bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, đây là thời gian cần thiết để thực hiện một thao tác đọc hay ghi, tức là thời gian từ lúc một địa chỉ có mặt trong bộ nhớ cho đến lúc dữ liệu được lưu trữ xong hoặc đã sẵn sàng để sử dụng. + Thời gian chu kỳ bộ nhớ: Khái niệm này chủ yếu được áp dụng cho bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên và bao gồm thời gian truy cập cộng với bất kỳ thời gian phụ thêm nào được yêu cầu trước khi truy cập thứ hai có thể được thực hiện. + Tốc độ truyền: Đây là tốc độ truyền dữ liệu vào/ra một đơn vị bộ nhớ. Với bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, giá trị này bằng 1/(Thời gian Chu kỳ).Với bộ nhớ truy cập không ngẫu nhiên, quan hệ sau đây được duy trì: TN = TA + N/R TN = thời gian trung bình để đọc/ghi N bit R = tốc độ truyền, theo đơn vị bit/giây (bps) TA = thời gian truy cập trung bình - Kiểu vật lý: Hiện nay có hai kiểu vật lý phổ biến nhất là bộ nhớ bán dẫn, sử dụng công nghệ LSI hay VLSI, và bộ nhớ với bề mặt từ hóa, được dùng cho đĩa và băng từ. - Đặc tính vật lý: Nhiều đặc tính vật lý của sự lưu trữ dữ liệu là rất quan trọng. Trong một bộ nhớ khả biến, thông tin phân rã một cách tự nhiên hoặc bị mất đi khi nguồn điện bị tắt. Trong một bộ nhớ bất biến, thông tin một khi đã được ghi sẽ được lưu giữ mà không bị thoái hóa. Các bộ nhớ có bề mặt từ hóa thuộc loại bất biến. Bộ nhớ bán dẫn có thể khả biến hoặc bất biến. Bộ nhớ không thể xóa thì không thể thayđổi được, ngoại trừ việc phá hủy đơn vị lưu trữ. Bộ nhớ bán dẫn kiểu này được biết đến với tên gọi bộ nhớ chỉ đọc (ROM).  - Cách tổ chức: Ở đây là cách sắp xếp vật lý các bit để tạo thành các word. 2.Hệ thống cấp bậc bộ nhớ :