Giáo trình kiến trúc máy tính

Chương VI. kiến trúc Bộ nhớ máy vi tính

I. Các khái niệm chung

Một trong các hoạt động cơ bản của máy tính là lưu trữ dữ liệu dạng nhị phân. Các dữ liệu này là các chương trình hoặc số liệu mà Vi xử lý đưa ra hoặc đọc vào tuỳ theo yêu cầu. Bộ nhớ là các thiết bị để thực hiện nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu của máy vi tính.
Mỗi ô nhớ được xác định bởi một địa chỉ. Thông thường mỗi ô nhớ có dung lượng là 1 byte. Các byte được ghép thành từ. Những máy 16 bit số liệu thì tổ chức 2 byte/từ, còn các máy 32 bit số liệu thì độ dài từ gấp đôi (4 byte/từ).

I.1. Trật tự các byte trong từ.
Có thể là từ phải sang trái (vi xử lý họ Intel) hoặc ngược lại từ trái sang phải (vi xử lý họ Motorola). Trường hợp dữ liệu lưu giữ là số nguyên thì hai cách sắp xếp trên không có trở ngại gì. Nhưng khi dữ liệu bao gồm cả số nguyên và cả xâu ký tự ... thì có vấn đề.
Xâu kết thúc bằng các byte 0 ở cuối để điền kín chỗ trống của từ, còn số nguyên thì được thêm vào các byte ở phần có trọng số cao hơn. Do vậy nếu dịch cách sắp xếp nọ sang cách kia của xâu giống như của số nguyên thì sẽ bị nhầm.

I.2. Mã phát hiện lỗi và sửa sai.
Số các vị trí bit khác nhau trong hai từ gọi là khoảng cách Hamming. Ví dụ, trong hai từ: 10001001 và 10110001 có khoảng cách Hammming bằng 3.
Để sửa sai, bên cạnh m số bit số liệu của từ, người ta thêm vào r bit dư (redundant bits) và chiều dài tổng của từ là n : n = m + r
Để phát hiện d bit lỗi đơn, cần dùng mã có khoảng cách d+1. Tương tự, để sửa lỗi d bit đơn, cần dùng mã có khoảng cách 2d+1. Ví dụ, dùng mã bit parity thêm vào byte số liệu, mã này có khoảng cách bằng 2, dùng để phát hiện 1 bit sai, nhưng không sửa được lỗi.
Trong truyền 1 khối ký tự, mỗi ký tự có một bit parity để kiểm tra. ở cuối mỗi khối, ta truyền thêm một ký tự là parity của toàn thể bản tin, gọi là longitudinal check (LRC). Phía thu sẽ tính LRC và so với LRC nhận được để kiểm tra lỗi. Một phương pháp nữa để kiểm tra lỗi khi truyền số liệu là dùng CRC (Cyclic redundance check), đó là một đa thức nhị phân dư thu được khi chia đa thức các bit của bản tin cho một đa thức quy định.

Ví dụ mã sửa sai là mã có 4 từ dài 10 bit như sau:
0000000000, 0000011111, 1111100000, 1111111111. Mã này có khoảng cách là 5, tức là nó có thể sửa được các lỗi kép. Ví dụ nếu ta nhận được từ 0000000111, máy thu sẽ biết rằng từ đó phải là 0000011111 (nếu coi như không có nhiều hơn một lỗi kép). Nhưng nếu một lỗi ba xảy ra, biến 0000000000 thành 0000000111 thì ta không sửa lỗi được.
Để sửa lỗi, người ta dùng thuật toán của Hamming.

I.3. Kiến trúc tổng thể của bộ nhớ. (h 6.1)
Xét một cách tổng thể, bộ nhớ của máy tính có kiến trúc theo cung bậc (hierarchy) trải dài từ bộ nhớ ngoài đến bộ nhớ trong và cuối cùng