Giáo trình Kiến trúc máy vi tính: Phần 2

Nối tiếp nội dung phần 1 cuốn sách "Kiến trúc máy vi tính", phần 2 giới thiệu tới người học các kiến thức về kiến trúc máy tính như: Kiến trúc máy tính PC và đơn vị xử lý trung tâm, tổ chức bộ nhớ trong máy tính, các thiết bị ngoại vi, thiết bị lưu trữ đĩa từ, các thiết bị điều khiển và giao diện vào-ra dữ liệu. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Kiến trúc máy vi tính: Phần 2 Phần li KIẾN TRÚC MÁY VI TÍNH Chương l i TỔ CHỨC BỘ NHỚ TRONG MÁY VI TÍNH 1. TỔ CHỨC BỘ NHỚ THEO PHÂN CẤP Một trong các chức năng của CPU là tuần tự nhập lệnh từ bộ nhớ và thực h i ệ n - i ệ n h . Tốc„jiộ_tuiy nhập b ộ nhớ c h í n h (bộ nhớ thao tác) tượng đ ố i chậm ( v ớ i D R A M là khoảng lOOns = 1.10~ s) sọ v ã i k h ả n ă n g của CPU. N ế u CPU 7 nhập c á c l ệ n h và d ữ l i ệ u trực t i ế p từ bộ nhớ c h í n h thì tốíL-dậ xủlý thực của CPU phụ thuộc v à o tốc đ ộ truy nhập của bộ nhớ c h í n h . M ặ t k h á c .dung-lượng nhớ của-bộ.flJxdchính cũng k h á hạn c h ế , do vậy nếu h ệ thống lưu trữ chỉ g ồ m bộ nhớ c h í n h cũng sẽ hạn c h ế k h ả n ă n g của CPU. Đ ể t ă n g tốc đ ộ x ử lý của CPU đồng t h ờ i đ ả m bảo k h ả n ă n g lưu trữ l ớ n của bộ nhớ m á y tính người ta tổ chức bộ nhớ máy tính theo k i ể u hệ thống có phân cấp. Ý tưởng c h í n h trong việc sử dụng h ệ thống bộ nhớ c ó p h â n cấp là t ạ i m ộ t t h ờ i khoảng thì c á c l ệ n h và d ữ l i ệ u được sử dụng thường đ ề u n ằ m ở m ộ t khu vực tương đ ố i n h ỏ trong bộ nhớ c h í n h . Các v ù n g này l u ô n chuyển dịch k h i chạy c h ư ơ n g t r ì n h . Cơ sở của việc quản lý h ệ thống bộ nhớ c ó p h â n cấp, m à trong đ ó bao g ồ m n h i ề u l o ạ i t h i ế t bị nhớ k h á c nhau, là dựa trên nguyên lý quy chiếu phân vùng. K ỹ thuật được sử dụng đ ể g i ậ m t h ờ i gian trụng b ì n h truy nhập bộ nhớ là t h ê n u n ộ t - k ệ nhớ c ó tóc đ ộ ư u ỵ j Ị h ậ p cao, b ộ nhớ S R A M , vào h ệ thống lưu trữ n à y . B ộ nhớ l o ạ i n à y được g ọ i là bộ nhớ caphe ( b ộ nhớ ẩn). B ộ nhớ cache được sử dụng đ ể lưu trữ c á c l ệ n h và d ữ l i ệ u thường được sử dụng n h i ề u trong q u á t r ì n h thực h i ệ n c h ư ơ n g t r ì n h . V i ệ c quy c h i ế u (truy nhập) đ ế n b ộ nhớ c h í n h chỉ xảy ra k h i k h ô n g t ì m t h ấ y t h ô n g t i n cần c ó trong cache. G i ạ i ^ h á p chọỵấĩỊ đề kíglLthước-hạiL£hế của b ộ nhớ c h í n h là sự. d ụ n g ^ nhớ n g o à i ( t h i ế t bị đĩa từ) n h ư là m ộ t t h à n h phần của h ệ thống bộ nhớ (h.42). 91 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Phần li KIẾN TRÚC MÁY VI TÍNH CPU 1 2-5 1 I i i I Cache 1 2'E 1 ik Bộ nhớ chính DRAM Bộ nhớ thứ cấp (đĩa từ) Hình 42 2. TỔ CHỨC CACHE Thủ tục quản lý bộ nhớ phân cấp có cache là nạp.từng.đoạn chương trình và d ữ l i ệ u t ừ b ộ nhớ c h í n h ỵaọ ọạche. P h ư ơ n g p h á p đ ơ n g i ả n nhất được d ù n g để quy chiếu b ộ n h ớ c ó cache là p h ư ơ n g p h á p á n h x ạ trúc t i ế p . V i ệ c quy chiếu đ ế n cache được g ọ i l à ' t r ủ ụ g ' ( h í t ) n ế u truy nhập được t h ô n g t i n ( n ằ m trong ô n h ớ c ó địa chỉ CPU đ ò i h ỏ i )ở trong cache, và g ọ i là ' t r ư ợ t ' (miss) n ế u k h ô n g truy nhập được t h ô n g t i nở trong cache và phải đ ọ c từ b ộ n h ớ c h í n h . Bô n h ớ c h í n h được chia t h à n h nhiều k h ố i , m ỗ i k h ố i bao g ồ m n h i ề u t ừ hoặc nhiều byte (h.43). Địa chỉ thấp Khối 0 1 từ ( l b y t e ) 00 Khối 1 1 từ(lbyte) OI Khối 2 1 từ(lbyte) 10 Khối 3 ĩ từ(lbyte) li Khối 4 1 từ(lbyte) 00 Khối 5 1 từ(lbyte) OI Khối 6 1 từ(lbyte) 10 1 1 1 Ì Ì ĩ 1 ĩ ì ì Hình 43 92 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Phần li KIẾN TRÚC MÁY VI TÍNH B ộ n h ớ cache c ó JLhể c h ứ a . n h i ề i r k h ố i , g ọ i là k h ố i cache. M ỗ i k h ố i cache n ằ m ở m ộ t vị t r í x á c định trong cache. M ặ L k h ố i cachẹ chứa c á c thông t i n n h ư : số h i ệ u . t h ẻ * b i t . c ù . ỵ à - b ả n _ t h â n - k l i ố i d ữ l i ệ u ( k h ố i d ữ l i ệ u trong cache là b ả n sao của k h ố i d ữ l i ệ u trong b ộ n h ớ c h í n h ) . Cấu t r ú c m ộ t k h ố i cache n h ư sau : Số h i ệ u t h ẻ Khối dữ liệu Giả thiết bộ n h á có 2 ô nhớ. N ế u cache c ó 2 vị t r í chứa ( k h ố i cache) t h ì số lượng t h ẻ sẽ là 2 2 4 /2 2 =2 2 2 (« 4triệu thẻ). 2.1 Tr ...