Bài giảng Kiến trúc máy tính - Bài 7: Bộ nhớ

Môn học: Kiến trúc máy tính • Từ trái sang phải: – Dung lượng tăng dần – Tốc độ giảm dần – Giá thành trên 1 bit giảm dần 2 Bộ nhớ trong 3 4 • Mô hình phẳng (Flat Model) – Bộ nhớ là 1 không gian địa chỉ liên tục, tuyến tính (Linear Address Space) – Đoạn mã lệnh, dữ liệu và ngăn xếp đều được chứa trong không gian này. – Không gian địa chỉ được xác định địa chỉ theo byte: 0  236 – 1. 5 • Mô hình phân đoạn (Segmented Model) – Bộ nhớ được chia thành các không gian địa chỉ độc lập nhau được gọi là các đoạn (segment). – Các đoạn mã lệnh, dữ liệu và ngăn xếp chứa trong các đọan riêng biệt. – Tăng tính tin cậy của chương trình và hệ thống. 6 • Mô hình chế độ địa chỉ thực (Real – Address Mode Model) – Sử dụng mô hình bộ nhớ của vi xử lý 8086 – Sử dụng cơ chế phân đoạn bộ nhớ, không gian địa chỉ tuyến tính của các chương trình ứng dụng và hệ điều hành gồm các đoạn 64 KB – Không gian bộ nhớ tối đa là 1MB (220 byte). 7 • CPU 8086 có 20 tín hiệu địa chỉ  không gian địa chỉ là 1 MB. • CPU 80286 có 24 tín hiệu  16 MB. • CPU 80386, 80486 và Pentium có 32 tín hiệu  4 GB. • CPU Pentium Pro, Pentium II và Pentium III có 36 tín hiệu  64 GB. 8 • Bộ nhớ trong • Bộ nhớ ngoài 9 • ROM • RAM 10 Cấu trúc vi mạch nhớ của bộ nhớ trong • ROM (Read Only Memory): – PROM (Programmable ROM) – EPROM (Erasable Programmable ROM) – EAROM (Electrically Alterable ROM) – EEPROM (Electrically EPROM) hay Flash ROM • RAM (Random Access Memory): – SRAM (Static RAM) – NV RAM (Non – Volatile RAM) – RAM (Dynamic RAM) 11 12 • Một số bộ nhớ ngoài thông dụng: – Băng từ (Magnetic tape) – Đĩa từ (Magnetic disk) – Đĩa quang (Optical disk) – Flash disk 13 14 15 16 17 • Digital Video Disk: chỉ dùng trên ổ đĩa xem video • Ghi 1 hoặc 2 mặt, mỗi mặt có 1 (single layer) hoặc 2 lớp (double layer) • Thông dụng: 4.7 GB/lớp 18 19 20 21 • Mục đích sử dụng đĩa cứng: – Lưu trữ dài hạn các tập tin. – Thiết lập 1cấp bộ nhớ bên dưới bộ nhớ trong để làm bộ nhớ ảo lúc chạy chương trình. 22 23 Cấu trúc vật lý của đĩa cứng 24 Cấu trúc chi tiết của đĩa cứng • Một đĩa cứng có nhiều platter (1-4) • Tốc độ quay: 3.600 – 15.000 vòng/phút • Đường kính: 1.3 – 8 inch • Mỗi mặt đĩa có 10.000 – 30.000 track • Mỗi track có 64 – 800 sector • Một sector có dung lượng 512 bytes 25 26 Sơ đồ một platter 27 Mật độ ghi dữ liệu trên đĩa cứng • MBR (Master Boot Record) nằm ở vị trí đầu tiên trên đĩa cứng (Head 0, Cylinder 0, Sector 1): – Master Boot Code – Master Partition Table 28 • Master Boot Code thực hiện các chức năng: – Quét bảng partition để tìm Active Partition – Tìm Sector khởi động của Active Partition – Tải Boot Sector của Active Partition vào bộ nhớ. – Chuyển quyền điều khiển cho đọan mã khởi động trong Boot Record. 29 • Partition Table: là cấu trúc dữ liệu 64 byte dùng để xác định loại và vị trí của các Partition trên đĩa cứng, gồm tối đa 4 entry, mỗi entry gồm 16 byte và bắt đầu ở các offset được xác định từ vị trí bắt đầu của Sector như sau: – Partition 1 0x01BE (446) – Partition 2 0x01CE (462) – Partition 3 0x01DE (478) – Partition 4 0x01EE (494) 30 • Bước 1: BIOS nạp đoạn mã trong MBR và chuyển quyền điều khiển cho nó. • Bước 2: Đoạn mã trong MBR sẽ kiểm tra Master Partition Table xem liệu có Extended DOS Partition và có một partition có thể khởi động được trong bảng partition không. • Bước 3: Nếu MBR tìm ra 1 Partition mở rộng trên đĩa, nó sẽ nạp bảng partition mở rộng này để tìm ra Volume logic đầu tiên trong Partition mở rộng và tìm tiếp xem bảng Partition mở rộng này có trỏ tiếp đến một bảng Partition mở rộng khác hay không 31 • Bước 4: Sau khi nạp thông tin về các Partition mở rộng (nếu có), đoạn mã khởi tạo sẽ tìm Partition có thể khởi động được (ACTIVE). • Bước 5: Nếu tìm thấy 1 primary partition, quá trình khởi động sẽ tiếp tục bằng cách đọc Volume Boot Sector. • Bước 6: Volume Boot Sector được tải lên bộ nhớ và nắm quyền điều khiển hệ thống. • Bước 7: Đoạn mã khởi động trong Boot Sector sẽ kiểm tra cấu trúc của đĩa, nếu có vấn đề thì hệ thống sẽ báo lỗi. 32 • Bước 8: Đoạn mã sẽ tìm kiếm trên thư mục gốc trên đĩa khởi động để tìm ra các file hệ thống của hệ điều hành như “IO.SYS”, “MSDOS.SYS” và “COMMAND.COM” trong DOS. • Bước 9: Nếu không tìm thấy các file hệ thống thì chương trình khởi động sẽ báo lỗi • Bước 10: Nếu tìm thấy các file hệ thống, chương trình khởi động sẽ tải nó vào bộ nhớ và chuyển quyền điều khiển cho nó và nạp file COMMAND.COM, CONFIG.SYS và AUTOEXEC.BAT. 33