Bài giảng Lập trình hợp ngữ - Chương 4: Bộ nhớ (Memory)

BỘ NHỚ

(Memory)

Muïc tieâu :

1. Hieåu ñöôïc caáu taïo cuûa boä nhôù, chöùc naêng vaø hoaït ñoäng cuûa

boä nhôù.

2. Naém ñöôïc quaù trình ñoïc boä nhôù & ghi boä nhôù.

3. Vai troø cuûa boä nhôù Cache trong maùy tính.

Chương 3 : Tổ chức Memory

1

Boä nhôù (Memory)

Noäi dung :

1. Toå chöùc boä nhôù cuûa maùy tính IBM PC

2. Phaân loaïi boä nhôù : Primary Memory vaø Secondary Memory.

3. Quaù trình CPU ñoïc boä nhôù.

4. Quaù trình CPU ghi boä nhôù.

5. Boä nhôù Cache.

Chương 3 : Tổ chức Memory

2

Memory

Bộ nhớ (Memory) laø nôi chöùa chöông trình vaø döõ lieäu.

Ñôn vò ño boä nhôù :

Bit : ñôn vò boä nhôù nhoû nhaát laø bit. Moãi bit coù theå löu tröõ 1 trong

2 traïng thaùi laø 0 vaø 1.

Byte = 8 bits, ñöôïc ñaùnh chæ soá töø 0 ñeán 7 baét ñaàu töø phaûi sang

traùi.

Kbyte = 1024bytes = 2¹⁰bytes.

Mbyte = 1024Kbytes = 2¹⁰Kbytes.

Gbyte = 1024Mbytes = 2¹⁰Mbytes.

Chương 3 : Tổ chức Memory

3

Primary Memory

Còn được gọi là bộ nhớ chính hay bộ nhớ trung tâm.

Chia làm 2 loại : RAM và ROM

Chương 3 : Tổ chức Memory

4

RAM

RAM (Random Access Memory) bộ nhớ truy xuất ngẫu

nhiên.Là nơi lưu giữ caùc chương trình vaø dữ liệu khi chạy

chương trình. Đặc điểm của RAM :

Cho pheùp đọc/ ghi dữ liệu.

Dữ liệu bị mất khi mất nguồn.

Khi maùy tính khôûi ñoäng, Ram roãng. Ngöôøi laäp trình

chuû yeáu laø laøm vieäc vôùi Ram – vuøng nhôù taïm ñeå döõ

lieäu vaø chöông trình.

Chương 3 : Tổ chức Memory

5

RAM

Ram laø vuøng nhôù laøm vieäc ➔ neáu vuøng nhôù

naøy trôû neân nhoû so vôùi nhu caàu söû duïng thì

ta taêng theâm Ram (gaén theâm Ram).

RAM có thể chia làm 2 loại : Dynamic và Static

RAM

•Dynamic RAM : phải được làm tươi trong vòng

dưới 1 ms nếu không sẽ bị mất nội dung.

•Static RAM : giữ được giá trị không cần phải

làm tươi.

•RAM tĩnh có tốc độ cao, có tên là bộ nhớ

CACHE nằm trong CPU.

Chương 3 : Tổ chức Memory

6

RAM

Chương 3 : Tổ chức Memory

7

ROM

ROM (Read Only Memory) : bộ nhớ chỉ đọc.

ROM BIOS chứa phần mềm cấu hình và chẩn đoán hệ

thống, các chương trình con nhập/xuất cấp thấp mà

DOS sử dụng. Các chương trình này được mã hoá

trong ROM và được gọi là phần dẽo (firmware).

Một tính năng quan trọng của ROM BIOS là khả năng

phát hiện sự hiện diện của phần cứng mới trong MT

và cấu hình lại hệ điều hành theo Driver thiết bị.

Chương 3 : Tổ chức Memory

8

ROM(cont)

Đặc điểm của ROM:

Chỉ cho phép đọc không cho phép ghi.

Dữ liệu vẫn tồn tại khi không có nguồn.

Chương 3 : Tổ chức Memory

9

Caùc loaïi Rom

PROM (Programmable Read Only Memory) :

Cho phép user có thể lập trình và ghi vào ROM bằng cách

đốt.

EPROM (Erasable Programmable Read Only Memmory)

Cho phép user viết ghi chương trình và xóa ghi lại. Việc xóa

bằng cách dùng tia cực tím.

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only

Memory)

bộ nhớ có thể lập trình bằng xung điện đặc biệt

Chương 3 : Tổ chức Memory

10

Secondary Memory

Là bộ nhớ phụ nằm ngoài hộp CPU.

Floppy disk, Tapes, Compact discs … là secondary

Memory.

Chương 3 : Tổ chức Memory

11

Sơ lược về Cache

Cache cấp 1 (Level 1-cache) : nằm trong CPU, tốc độ truy xuất

rất nhanh, theo tốc độ của CPU.

Cache cấp 2 (Level 2-cache) : thường có dung lượng 128K,256K

là cache nằm giữa CPU và Ram, thường cấu tạo bằng Ram tĩnh

(Static Ram), tốc độ truy xuất nhanh vì không cần thời gian làm

tươi dữ liệu.

Cache cấp 3 (Level 3-cache) : chính là vùng nhớ DRAM dùng làm

vùng đệm truy xuất cho đĩa cứng và các thiết bị ngoại vi.

Tốc độ truy xuất cache cấp 3 chính là tốc độ truy xuất DRAM.

Chương 3 : Tổ chức Memory

12

Cache (cont)

Tổ chức của Cache :liên quan đến chiến lược trữ đệm và cách

thức lưu thông tin trong Cache.

Loại lệnh phải thi hành : Cache chứa cả chương trình và dữ

liệu, khi CPU truy xuất mà chúng có sẵn thì truy xuất nhanh.

Khi CPU cần truy xuất bộ nhớ, cache sẽ kiểm tra xem cái mà CPU

cần đã có trong cache chưa.

Dung lượng cache : như vậy nếu 1 tập lệnh nằm gọn trong

cache (vòng lặp chẳng hạn) thì thực thi rất nhanh.

Chương 3 : Tổ chức Memory

13

Cấu trúc Cache

Cache được cấu tạo thành từng hàng (cache lines) , 32 bit/hàng

cho 386, 128 bit/hàng cho 486, 256 bit/hàng cho Pentium.

Mỗi hàng có kèm theo 1 tag để lưu trữ địa chỉ bắt đầu của đoạn

bộ nhớ mà thông tin được đưa vào cache. Nếu là cache cấp 2

(SRAM), địa chỉ bắt đầu của đoạn bộ nhớ đã chuyển data vào

cache còn được lưu trong 1 vùng nhớ riêng.

Một bộ điều khiển cache (cache controller) sẽ điều khiển hoạt

động của cache với CPU và data vào/ra cache. Chính Cache

controller phản ánh chiến lược trữ đệm của cache.

Với cache cấp 1, cache controller là 1 thành phần của CPU.

Với cache cấp 2, cache controller nằm trên Mainboard.

Chương 3 : Tổ chức Memory

14

Hiệu suất của Cache

Cache dùng làm vùng đệm truy xuất nên nếu CPU truy xuất data

mà có sẵn trong cache thì thời gian truy xuất nhanh hơn nhiều.

Hiệu quả của cache ngoài việc cho tốc độ truy xuất nhanh còn phụ

thuộc vào Cache hit hoặc Cache miss.

Cache Hit : tức data có sẵn trong Cache.

Cache Miss : tức data chưa có sẵn trong cache.

tỉ lệ cache hit và cache miss phụ thuộc vào 3 yếu tố :

tổ chức cache , loại lệnh phải thi hành và dung lượng của cache.

Chương 3 : Tổ chức Memory

15

Hiệu suất của Cache

Tính toaùn hieäu suaát thöïc thi cuûa Cache :

Goïi c thôøi gian truy xuaát cuûa Cache

M laø thôøi gian truy xuaát boä nhôù

h laø tæ leä thaønh coâng (hit ratio), laø tæ soá giöõa soá laàn tham chieáu

cache vôùi toång soá laàn tham chieáu. h =(k-1)/k

Tæ leä thaát baïi (miss ratio) (1-h)

Thôøi gian truy xuaát trung bình = c+(1-h)m

Khi h➔ 1, taát caû truy xuaát ñeàu tham chieáu tôùi Cache, thôøi gian

truy xuaát trung bình → c.

Khi h→ 0, caàn phaûi tham chieáu boä nhôù chính moïi luùc, thôøi gian

truy xuaát trung bình → c+m.

Chương 3 : Tổ chức Memory

16

Hieäu suaát cuûa Cache (cont)

CPU

Trong Registers?

Trong Cache L1?

Trong Cache L2 treân chip?

Trong Cache L2 thöù caáp?

Trong RAM?

Treân Ñóa?

Chương 3 : Tổ chức Memory

17

A Two Level Caching System

Chương 3 : Tổ chức Memory

18

Các chiến lược trữ đệm trong Cache

Các chiến lược trữ đệm liên quan đến tác vụ đọc ghi từ CPU. Có 2 loại :

Writethrough Cache (WTC) và Writeback cache (WBC).

• Khi CPU đọc từ bộ nhớ qui ước thì WTC và WBC đều như nhau : sẽ đọc 1 đoạn nội dung

trong bộ nhớ vào cache.

• Khi CPU ghi ra bộ nhớ qui ước :

WTC : CPU ghi data ra vùng đệm ghi (write buffer) rồi bỏ đó tiếp tục việc khác, cache

sẽ lấy nội dung trong buffer rồi chịu trách nhiệm ghi ra bộ nhớ qui ước khi bus rãnh.

WBC : CPU ghi data vào cache, khi cache đầy thì đẩy thông tin ra bộ đệm (đệm castoff)

rồi từ castoof, data chuyển sang bộ nhớ qui ước.

Chương 3 : Tổ chức Memory

19

00000

00400

00600

Interrup Vector Table

BIOS and DOS data

M

E

Resident portion of DOS

M

O

R

Y

M

A

P

User RAM

A0000

B0000

B8000

C0000

F0000

F6000

FE000

EGA Color Video

Monochrome Video

Color Video

Reserved ROM (not used)

Reserved ROM

ROM BASIC

Chương 3 : Tổ chức Memory

20

ROM BIOS