Bộ nhớ và thiết bị lưu trữ ngoài

a) Các dạng lưu trữ  Thanh ghi: Bộ nhớ tạm nằm trong CPU  Bộ nhớ chính:chứa chương trình, dữ liệu.  Thiêt bị lưu trữ ngoài: Hỗ trợ dung lượng cho việc lưu trữ chương trình, dữ liệu  Bộ nhớ đệm/ẩn (Cache): được thiết kế nhằm làm giảm sự chênh lệch giữa các thành phần có tốc độ hoạt động khác nhau quá nhiều.  Các chíp nhớ đặc biệt: Lưu trữ cấu hình hệ thống, chương trình khởi động

2.2 Bộ nhớ và thiết bị lưu trữ ngoài

2.2.1 Cấu trúc phân cấp

2.2.2 Bộ nhớ trong

2.2.3 Thiết bị lưu trữ ngoài

2.2.1 Cấu trúc phân cấp

a) C ác dạng lưu trữ

 Thanh ghi: Bộ nhớ tạm nằm trong CPU

 Bộ nhớ chính:chứa chương trình, dữ liệu

 Thiêt bị lưu trữ ngoài: Hỗ trợ dung lượng cho việc lưu trữ chương trình, dữ liệu

 Bộ nhớ đệm/ẩn (Cache): được thiết kế nhằm làm giảm sự chênh lệch giữa các thành phần có tốc độ hoạt động khác nhau quá nhiều

 Các chíp nhớ đặc biệt: Lưu trữ cấu hình hệ thống, chương trình khởi động

• Thông tin không bị mất khi tắt điện.

• Kết nối CPU: Kênh vào ra

• Công nghệ:

• Từ

• Quang

b Sơ đồ phân cấp

2.2.2 Bộ nhớ trong

các byte liên tiếp trong bộ nhớ.

• CPU 32 bit: xử lý 4 bytes đồng thời

• CPU 64 bit: xử lý 8 bytes đồng thời

1 ô nhớ = 1 byte, 1 từ nhớ = 4 bytes 

1 từ = 4 ô nhớ.

 Các byte trong một từ có thể đánh thứ tự

từ phải sang trái (bộ xử lý Intel) hoặc trái sang phải (bộ xử lý Motorola)

0 4 8 12

b Các dạng bộ nhớ trong

RAM (Random Access Memory)

• Vào ra ngẫu nhiên: các ô nhớ có thể được

đọc hoặc viết vào trong khoảng thời gian bằng nhau cho dù chúng ở bất kỳ vị trí nào trong bộ nhớ.

• Tốc độ truy nhập nhanh Tốc độ bộ nhớ

RAM là tốc độ truy cập dữ liệu vào RAM.

• Dữ liệu có thể bị ghi đè và mất khi tắt điện.

 Phân loại:

• RAM tĩnh (SRAM: Static RAM):

• Mỗi phần tử nhớ (biểu diễn cho bit 0, 1) giữ trạng thái cân bằng ổn định nếu không có tín hiệu điện phù hợp kích thích làm cho nó thay đổi trạng thái.

• RAM động (DRAM: Dynamic RAM):

• Mỗi phần tử nhớ (1) sẽ thay đổi trạng thái (0) sau một khoảng thời gian nhất định (do sự phóng điện) nếu nó không được nạp điện (làm tươi).

 SRAM nhanh, đắt hơn DRAM,

• DDR SDRAM (Double Data

Rate SDRAM) là cải tiến của

bộ nhớ SDRAM với tốc độ

truyền tải gấp đôi SDRAM

(200, 400, 800, …)

ROM (Read Only Memory)

• Bộ nhớ chỉ đọc, không ghi đè Chương trình trong ROM được viết vào lúc chế tạo

• Lưu trữ dữ liệu ngay cả khi mất điện.

• Truy nhập ngẫu nhiên

• Nội dung của Mask ROM đã được ghi sẵn bởi nhàsản xuất và không thể ghi thêm hoặc ghi đè lênnữa

• Làm các chip nhớ trên bo mạch mẹ, lưu trữ cácchương trình xuất nhập cơ bản (Base Input/Out put system – BIOS) của máy tính

 BIOS: là một tập hợp các "thường trình" (routines - Các chương trình thực hiện một số các tác vụ nhất định một cách

thường xuyên) trong máy tính.

động máy tính, kiểm tra các thiết bị

trước khi chuyển giao quyền điều khiển cho hệ điều hành.

ROM)

• EPROM (Erasable Programmable ROM):

Chương trình nằm trong EPROM có thể được

viết vào (bằng điện) và có thể xóa (bằng tia cực tím).

• EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): Chương trình nằm trong

ROM có thể được viết vào và có thể xóa (bằng

(chủng loại ổ cứng và ổ mềm, dung lượng bộ nhớ ).

c.Tổ chức bên trong chíp nhớ và giải

• Dữ liệu đầu ra/vào: 8 bit

 Chip nhớ SRAM TMS 4016 dung lượng 2048x8

 1 module (thanh RAM) có thể gồm nhiều chíp nhớ nhằm

• Có được độ dài từ cần thiết (DRAM), trường hợp này cần ghép chíp nhớ song song.

• Có được tổng số từ cần thiết (dung lượng)

(ROM, SRAM), trường hợp này cần có tín

hiệu chọn chíp nhớ.

 1 chip nhớ được thiết kế gồm các thành phần chính:

• 1 mảng các phần tử nhớ (1/1nhóm bit)

• Mạch giải mã địa chỉ cho 1 phần tử nhớ

• Có n đường dây lối vào và 2n đường dây lối ra (0 (2n-1)) Nếu số nhị phân trên các đường dây lối vào là k thì đường dây ra thứ k sẽ có giá trị 1 và

các đường dây còn lại sẽ có giá trị 0

• Mạch đọc nội dung

• Mạch ghi nội dung (bộ nhớ cho phép ghi)

Giải mã địa chỉ

Giải mã địa chỉ Multiplex

như đốI với giải mã

địa chỉ hai bước

cùng một số dây

• Số đường dây địa chỉ

d Thời gian truy nhập bộ nhớ

 Thời gian truy nhập/thâm nhập: Thời gian truy nhập là khoảng thời gian tính từ khi bộ xử lý gửi yêu cầu đọc/ghi dữ liệu tới bộ nhớ cho tới khi việc ghi và đọc đó được hoàn tất.

• Ví dụ: Thời gian truy nhập bộ nhớ trong = (1)+ (2) + (3)

 Chu kỳ: Thời gian giữa hai lần liên tiếp thâm nhập bộ nhớ

• Ví dụ: chu kỳ bộ nhớ với DRAM

Ví dụ

 Các mức memory cache trong máy IBM PC

• Cache L1được đặt trực tiếp trong chip vi xử lý và cótốc độ truy nhập bằng tốc độ của bộ vi xử lý

• Cache L2 là một memory bank được gắn trên bo mạch chủ (bo mạch mẹ) thường có tốc độ truy nhập gấp đôi tốc độ truy nhập bộ nhớ chính

• Ở một số chip vi xử lý nếu cache L1 và L2 cùng được đặt bên trong chip thì cache nằm trên bo mạch chủ sẽ

là cache L3

b Đọc Cache

 Nguyên lý cục bộ:

Tại một thời điểm chương trình chỉ truy nhập một phần tương đối nhỏ không gian địa chỉ của nó

• Cục bộ hoá về thời gian: Nếu một phần tử nào đó của chương trình được sử dụng thì không lâu sau đó nó

sẽ được sử dụng lại (vòng lặp của chương trình)

• Cục bộ hoá về không gian: Nếu một phần nào đó của chương trình được sử dụng thì sau đó các phần tửnằm gần phần đó cũng dễ dàng được gọi tới (sự tuần

tự của các lệnh của chương trình)

 Như vậy khi cần truy nhập một từ nhớ, từ đó

sẽ được chuyển từ bộ nhớ tốc độ thấp (bộ nhớ chính) về bộ nhớ nhỏ tốc độ cao (cache) để lần sau nếu được sử dụng lại thì nó có thể được truy nhập nhanh hơn.

 Sự kiện

• Cache hit: Dữ liệu cần tìm nằm trong Cache

• Cache miss: Dữ liệu cần tìm nằm trong bộ nhớ chính

c Ghi cache

 Ghi đồng thời (write through)

• Ghi lại đồng thời trong cache và trong bộ nhớ, đảm bảo nội dung trong cache luôn luôn giống với nội dung tương ứng trong bộ nhớ chính.

• Tỉ số đọc/ghi lớn  hạn chế được việc vận chuyển dữ liệu quá nhiều trên các bus.

 Lưu lần cuối (copy back)

• Ghi lại nội dung bị thay đổi của một phần tử trong cache trước khi phần tử đó bị loại bỏ khỏi cache Mỗi một phần tử lưu trong cache cần có một bit đánh dấu cho biết nội dung của phần tử đó trong cache đã bị thay đổi hay chưa.

• Tỉ số ghi/đọc lớn

2.2.3 Thiết bị lưu trữ ngoài

a Đĩa cứng từ và ổ đĩa cứng từ (t)

Đĩa cứng thường các đĩa cố định được gắn "chết" vào một ổ đĩa

• Có thể gắn 2 thiết bị IDE trên cùng 1 dây cáp:

1 cáp IDE sẽ có 3 đầu kết nối, 1 sẽ gắn kết vào bo mạch chủ và 2 đầu còn lại sẽ vào 2 thiết bị IDE

•

a Đĩa cứng từ và ổ đĩa cứng từ (t)

IDE

a Đĩa cứng từ và ổ đĩa cứng từ (t)

• SATA (Serial Advanced

Technology Attachment):

• Cáp SATA chỉ có thể gắn kết 1 ổ cứng SATA

Không cần thiết lập jumper ở Master, Slave hay Cable Select

• SCSI (Small Computer

a Đĩa cứng từ và ổ đĩa cứng từ (t)

 Thành phần

• Đĩa từ :

• Làm bằng nhôm hoặc hợp chất gốm thuỷ tinh, được phủ một lớp từ và lớp bảo

vệ ở cả 2 mặt,

• Các đĩa được xếp chồng và cùng gắn với một trục mô tơ quay nên tất cả các đĩa đều quay cùng tốc độ.

a Đĩa cứng từ và ổ đĩa cứng từ (t)

 Thành phần:

• Đầu từ đọc - ghi : Mỗi mặt đĩa có một đầu đọc & ghi

• Mô tơ hoặc cuộn dây điều khiển các đầu từ : giúp các

đầu từ dịch chuyển ngang trên bề mặt đĩa để chúng có thể ghi hay đọc dữ liệu

• Mạch điều khiển: Là mạch điện nằm phía sau ổ cứng, mạch này có các chức năng :

• Điều khiển tốc độ quay đĩa

• Điều khiển dịch chuyển các đầu từ

• Mã hoá và giải mã các tín hiệu ghi và đọc

Hầu hết các ổ cứng hiện đại đều tích hợp mạch điều khiển trong ổ cứng

•

a Đĩa cứng từ và ổ đĩa cứng từ (t)

 Ghi và đọc dữ liệu

• Đầu đọc/ghi di chuyển đồng thời

theo một đường thằng dọc theo

bán kính các đĩa, đĩa quay theo một

chiều cố định.

• Đọc/ ghi theo (liên) cung

• Kiểm tra chẵn lẻ : Một bit được

thêm cho phép kiểm tra lỗi đọc ghi.

a Đĩa cứng từ và ổ đĩa cứng từ (t)

 Đo Hiệu năng

= Dung lượng 1 track * track/cylinder* số cylinder

• Thời gian truy nhập

= Thời gian dịch chuyển trung bình + Thời gian tìm kiếm trung bình +Thời gian truyền dữ liệu

a Đĩa cứng từ và ổ đĩa cứng từ (t)

 RAID_Redundant Array of Independent Disks :

Công nghệ cho phép tăng hiệu năng và khả năng chịu lỗi của hệ thống bằng cách sử dụng nhiều đĩa cứng để sao lưu và khôi phục dữ liệu khi có sự cố.

• Tăng hiệu năng: Xắt lát" đĩa (disk stripping) - phân tán nhiều bytes hoặc nhiều nhóm bytes trên nhiều đĩa

cứng, do vậy có nhiều đĩa cứng cùng thực hiện thao tác đọc (reading) và ghi (writing) đồng thời

• Tăng khả năng chịu lỗi: Tạo đĩa ảnh (disk mirroring) hoặc tái tạo dữ liệu theo phương thức kiểm tra chẵn lẻ(parity checking)

a Đĩa cứng từ và ổ đĩa cứng từ (t)

 Công nghệ RAID sử dụng một bộ điều khiển đĩa đặc biệt

có hỗ trợ chức năng RAID Khi một ổ đĩa bị hư, ta có thểthay nó bằng một ổ đĩa mới và Bộ điều khiển RAID (RAID controller) sẽ tự động tái xây dựng dữ liệu đã mất cho ổ đĩa mới

 Công nghệ RAID ban đầu được thiết kế chuyên dùng cho server (máy chủ) và các hệ thống lưu trữ chuyên biệt

(Stand-alone disk storage system).

 Ngày nay, tất cả các máy tính để bàn (desktop PC) có thể chuyển thành hệ thống RAID bằng cách gắn thêm một RAID Controller Card (Card Điều khiển RAID) và một số

 RAID mức 0 hay còn gọi là RAID0:

• Dữ liệu được phân tán ra nhiều đĩa (ít nhất là 2 đĩa) nên không hỗ trợ khả năng chịu lỗi vì không có đĩa dựphòng

cho đĩa chính, sao lưu

toàn bộ nội dung của

đĩa chính

Parity với toán tử XOR:

Bit 1 Bit 2 Bit Kết Quả

b Các thiết bị nhớ khác (tk)

Chỉ mục

 Access time: Thời gian truy nhập

 CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory)

 Cycle time: Chu kỳ truy nhập

 DRAM (Dynamic Random Access Memory): Bộ nhớ RAM động

 DVD (Digital Video Disk)

 Floptical: Đĩa mềm quang

 Flopy disk : Đĩa mềm

 Hard Disk/ Fixed Disk: Đĩa cứng

 Magne Optical: Quang từ

 Magnetic Tape: Băng từ

 Mask ROM: ROM mặt nạ

 RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên

 ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chỉ đọc

 SRAM (Static Random Access Memory): Bộ nhớ RAM tĩnh

 Quang

• Các gờ phẳng (land) và hốc lõm (pit) phản xạ ánh sáng khác nhau tạo giá trị bit 0,1

• CD-ROM

• DVD