Bài tập thuật ngữ về Memory

Bài tập thuật ngữ về Memory

Yêu cầu mỗi người đưa lên (Reply) vào mục này ít nhất 1 thuật ngữ về Memory. Chú ý không được trùng với những thuật ngữ đã có trước đó. Mỗi thuật ngữ được mô tả bằng tiếng Anh và tiếng Việt.
Chúc các bạn vui vẻ.

System memory: khi ta nói đến "memory" thì có lẽ hơi mơ hồ và khó hiểu cho rất nhiều bạn, nhất là những bạn chưa có quen biết vi cấu trúc máy tính nhiều. Thực ra từ memory trong quá khứ được diễn tả như đại diện cho tất cả "vùng nhớ" trong computer ngoại trừ CPU. Ðó là trong quá khứ khi mà vi tính chưa phát triễn mạnh mẽ, chứ nếu dùng từ memory mà đề cập trong những thế hệ máy tính hiện nay thì danh từ nầy hoàn toàn mù mờ và không chích xác diễn tả các bộ phận trong máy vi tính nửa. Chúng ta có RAM, ROM, DRAM, SRRAM, DDR SDRAM... Ðể tránh sự lẫn lộn, tôi xin phép diễn tả ngắn gọn về memory và các thuật ngữ liên quan để bạn hiểu rõ.
Memory: Memory đơn giản là một thiết bị nhớ nó có thể ghi và chứa thông tin. ROM, RAM, Cache, Hard disk, Floppy disk, CD.... đều có thể gọi là memory cả (vì nó vẫn lưu thông tin). Dù là loại memory nào bạn cũng nên để ý đến các tính chất sau đây:



•Sức chứa: thiết bị có thể chứa được bao nhiêu? Ví dụ: CD chứa được 650MB-700MB, Floppy disk chứa được 1.4MB, Cache chứa được 256KB...


•tốc độ truy nhập: bạn nên lưu ý đến tốc độ vận truyền thông tin của thiết bị. Bạn có memory loại "chạy lẹ" khi mà thời gian truy cập thông tin ngắn hơn. Đây là phần quan trọng quyết định tốc độ truy cập của thiết bị. Ví dụ đơn giản là nếu bạn có con CPU chạy tốc độ 1.5Ghz trong khi đó hard disk của bạn thuộc loại "rùa bò" thì dù CPU có lẹ đến đâu nó cũng đàng phải....chờ thôi!
Tính về tốc độ thì CPU bao giờ cũng lẹ nhất, sau đó là Cache, sau nữa là các loại RAM.


•Interface: bạn nên xem cấu trúc bên ngoài của memory nó có phù hợp với (ăn khớp) các thiết bị khác của bạn không. Ví dụ, nhiều loại RAM tren thị trường có số chân cắm và đặc tính khác nhau. Để phù hợp cho motherboard của bạn, bạn nên xem xét motherboard trước khi mua memory

EDO-DRAM (Extended Data Out DRAM)
Là một dạng cải tiến của FPM DRAM, nó chạy lẹ hơn FPM DRAM một nhờ vào một số cải tiến cách dò địa chỉ trước khi truy cập data. Một đặc điểm nữa của EDO DRAM là nó cần support của system chipset. Loại memory nầy chạy với máy 486 trở lên (tốc độ dưới 75MHz). EDO DRAM cũng đã quá cũ so với kỹ thuật hiện nay. EDO-DRAM chạy lẹ hơn FPM-DRAM từ 10 - 15%

Flash Memory
Là sản phẩm kết hợp giửa RAM và hard disk. Có nghĩa là Flash memory có thể chạy lẹ như SDRAM mà và vẫn lưu trữ được data khi power off.

BDEO-DRAM (Burst Extended Data Out DRAM)
Là thế hệ sau của EDO DRAM, dùng kỹ thuật "pineline technology" để rút ngắn thời gian dò địa chỉ của data. Nếu các bạn để ý những mẫu RAM tôi giới thiệu trên theo trình tự kỹ thuật thì thấy là hầu hết các nhà chế tạo tìm cách nâng cao tốc độ truy cập thông tin của RAM bằng cách cải tiến cách dò địa chỉ hoặt cách chế tạo hardware. Vì việc giải thích về hardware rất khó khăn và cần nhiều kiến thức điện tử cho nên tôi chỉ lướt qua hoặc trình bày đại ý. Nhiều mẩu RAM tôi trình bày có thể không còn trên thị trường nữa, tôi chỉ trình bày để bạn có một kiến thức chung mà thôi.

ROM (Read Only Memory)
Ðây là loại memory dùng trong các hãng sãn xuất là chủ yếu. Nó có đặc tính là thông tin lưu trữ trong ROM
không thể xoá được và không sửa được, thông tin sẽ được lưu trữ mãi mãi. Nhưng ngược lại ROM có bất
lợi là một khi đã cài đặt thông tin vào rồi thì ROM sẽ không còn tính đa dụng (xem như bị gắn "chết" vào
một nơi nào đó). Ví dụ điển hình là các con "chip" trên motherboard hay là BIOS ROM để vận hành khi máy
vi tính vừa khởi động.

EEPROM (Electronic Erasable Programmable ROM)
Ðâylê một dạng cao hơn EPROM, đặt điểm khác biệt duy nhất so với EPROM lêcó thể ghi vê xoá thông tin lại nhiều lần bằng software thay vìhardware. Vê dụ điển hình cho loại EPROM nầy lê "CD-Rewritable" nếu bạnra cỪa hêng mua một cái CD-WR thì có thể thu vê xoá thông tin mìnhthêch một cách tùy ý. Ứng dụng của EEPROM cụ thể nhất lê "flash BIOS".BIOS vốn lê ROM vê flash BIOS tức lê tái cêi đặt thông tin (upgrade)cho BIOS. Cái tiện nhất ở phương pháp nầy lê bạn không cần mở thùng máyra mê chỉ dùng software điều khiển gián tiếp.

Các loại memory
ROM (Read Only Memory)

Ðây là loại memory dùng trong các hãng sãn xuất là chủ yếu. Nó có đặc tính là thông tin lưu trữ trong ROM không thể xoá được và không sửa được, thông tin sẽ được lưu trữ mãi mãi. Nhưng ngược lại ROM có bất lợi là một khi đã cài đặt thông tin vào rồi thì ROM sẽ không còn tính đa dụng (xem như bị gắn "chết" vào một nơi nào đó). Ví dụđiển hình là các con "chip" trên motherboard hay là BIOS ROM để vận hành khi máy vi tính vừa khởi động.

PROM (Programmable ROM)

Mặc dù ROM nguyên thủy là không xoá/ghi được, nhưng do sự tiến bộ trong khoa học, các thế hệ sau của ROM đã đa dụng hơn như PROM. Các hãng sản xuất có thể cài đặt lại ROM bằng cách dùng các loại dụng cụ đặc biệt và đắt tiền (khả năng người dùng bình thường không thể với tới được). Thông tin có thể được "cài" vào chip và nó sẽ lưu lại mãi trong chip. Một đặc điểm lớn nhất của loại PROM là thông tin chỉ cài đặt một lần mà thôi. CD có thể được gọi là PROM vì chúng ta có thể copy thông tin vào nó (một lần duy nhất) và không thể nào xoá được.

EPROM (Erasable Programmable ROM)

Một dạng cao hơn PROM là EPROM, tức là ROM nhưng chúng ta có thể xoá và viết lại được. Dạng "CD-Erasable" là một điển hình. EPROM khác PROM ở chổ là thông tin có thể được viết và xoá nhiều lần theo ý người xử dụng, và phương pháp xoá là hardware (dùng tia hồng ngoại xoá) cho nên khá là tốn kém và không phải ai cũng trang bị được.

EEPROM (Electronic Erasable Programmable ROM)

Ðây là một dạng cao hơn EPROM, đặt điểm khác biệt duy nhất so với EPROM là có thể ghi và xoá thông tin lại nhiều lần bằng software thay vì hardware. Ví dụđiển hình cho loại EPROM nầy là "CD-Rewritable" nếu bạn ra cửa hàng mua một cái CD-WR thì có thể thu và xoá thông tin mình thích một cách tùy ý. Ứng dụng của EEPROM cụ thể nhất là "flash BIOS". BIOS vốn là ROM và flash BIOS tức là tái cài đặt thông tin (upgrade) cho BIOS. Cái tiện nhất ở phương pháp nầy là bạn không cần mở thùng máy ra mà chỉ dùng software điều khiển gián tiếp.

Ðây là một dạng cải tiến của DRAM, về nguyên lý thì FPM DRAM sẽ chạy lẹ hơn DRAM một tí do cải tiến cách dò địa chỉ trước khi truy cập thông tin. Những loại RAM như FPM hầu như không còn sản xuất trên thị trường hiện nay nữa.

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)
Ðây là loại memory cải tiến từ SDRAM. Nó nhân đôi tốc độ truy cập của SDRAM bằng cách dùng cả hai quá trình đồng bộ khi clock chuyển từ 0 sang 1 và từ 1 sang 0. Ngay khi clock của memory chuyển từ 0 sang 1 hoặc từ 1 sang 0 thì thông tin trong memory được truy cập.
Loại RAM này được CPU Intel và AMD hỗ trợ, tốc độ hiện tại vào khoảng 266Mhz. (DDR-SDRAM đã ra đời trong năm 2000)

Thẻ nhớ Memory Stick là một phương tiện ghi IC (vi mạch) sử dụng bộ nhớ flash. Vì thiết bị ghi đượ nhiều loại dữ liệu kỹ thuật số khác nhau và hỗ trợ chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị kỹ thuật số, thiết bị có thể sử dụng trong phạm vi ứng dụng rộng rãi dành cho mục đích kinh doanh hoặc sử dụng cá nhân.

Thẻ nhớ Memory Stick không chỉ được sử dụng như một phương tiện để truyền dữ liệu giữa các thiết bị tương thích Memory Stick mà còn có thể sử dụng như một phương tiện lưu trữ ngoài di động để lưu trữ dữ liệu.

Dòng sản phẩm hiện tại gồm có Memory Stick (with MagicGate), Memory Stick PRO, Memory Stick PRO-HG and Memory Stick Micro (M2). (Kể từ tháng 7 năm 2007)

Bằng cách sử dụng một bộ điều hợp thẻ nhớ Memory Stick Duo, như là MSAC-M2 or MSAC-M2/O của Sony, thẻ nhớ Memory Stick Duo có thể được sử dụng trong các máy tính có khe cắm thẻ nhớ Memory Stick kích thước tiêu chuẩn.

DRDRAM (Direct Rambus DRAM)
Ðây lại là một bước ngoặc mới trong lĩnh vực chế tạo memory, hệ thống Rambus (cũng là tên của một hãng chế tạo nó) có nguyên lý và cấu trúc chế tạo hoàn toàn khác loại SDRAM truyền thống. Memory sẽ được vận hành bởi một hệ thống phụ gọi là Direct Rambus Channel có độ rộng 16 bit và một clock 400MHz điều khiển. (có thể lên 800MHz)
Theo lý thuyết thì cấu trúc mới nầy sẽ có thể trao đổi thông tin với tốc độ 800MHz x 16bit = 800MHz x 2 bytes = 1.6GB/giây. Hệ thống Rambus DRAM như thế nầy cần một serial presence detect (SPD) chip để trao đổi với motherboard. Ta thấy kỹ thuật mới nầy dùng 16bits interface, trông trái hẳn với cách chế tạo truyền thống là dùng 64bit cho memory, bởi thế kỹ thuật Rambus (sở hữu chủ của Rambus và Intel) sẽ cho ra đời loại chân Rambus Inline Memory Module (RIMM) tương đối khác so với memory truyền thống.
Loại RAM này hiện nay chỉ được hỗ trợ bởi CPU Intel Pentum IV, khá đắt, tốc độ vào khoảng 400-800Mhz

SLDRAM (Synchronous-Link DRAM)
Là thế sau của DRDRAM, thay vì dùng Direct Rambus Channel với chiều rộng 16bit và tốc độ 400MHz, SLDRAM dùng bus 64bit chạy với tốc độ 200MHz. Theo lý thuyết thì hệ thống mới có thể đạt được tốc độ 400Mhz x 64 bits = 400Mhz x 8 bytes = 3.2Gb/giây, tức là gấp đôi DRDRAM. Ðiều thuận tiện là là SLDRAM được phát triển bởi một nhóm 20 công ty hàng đầu về vi tính cho nên nó rất da dụng và phù hợp nhiều hệ thống khác nhau.

VRAM (recipe RAM)
Khác với memory trong hệ thống và do nhu cầu về đồ hoạ ngày càng cao, các hãng chế tạo graphic card đã chế tạo VRAM riêng cho recipe card của họ mà không cần dùng memory của hệ thống chính. VRAM chạy lẹ hơn vì ừng dụng Dual Port technology nhưng đồng thời cũng đắt hơn rất nhiều.

SGRAM (Synchronous Graphic RAM)
Là sản phẩm cải tiến của VRAM mà ra, đơn giản nó sẽ đọc và viết từng block thay vì từng mảng nhỏ.

SLDRAM (Synchronous-Link DRAM)
Là thế sau của DRDRAM, thay vì dùng Direct Rambus Channel với chiều rộng 16bit và tốc độ 400MHz, SLDRAM dùng bus 64bit chạy với tốc độ 200MHz. Theo lý thuyết thì hệ thống mới có thể đạt được tốc độ 400Mhz x 64 bits = 400Mhz x 8 bytes = 3.2Gb/giây, tức là gấp đôi DRDRAM. Ðiều thuận tiện là là SLDRAM được phát triển bởi một nhóm 20 công ty hàng đầu về vi tính cho nên nó rất da dụng và phù hợp nhiều hệ thống khác nhau.

ECC (Error Correction Code)
Khi mua RAM bạn có thể thấy cụm từ nầy mô tả phụ thêm vào loại RAM. Ðây là một kỹ thuật để kiểm tra và sửa lổi trong trường hợp 1 bit nào đó của memory bị sai giá trị trong khi lưu chuyển data. Những loại RAM có ECC thường dùng cho các loại computer quan trọng như server. Tuy nhiên không có ECC cũng không phải là mối lo lớn vì theo thống kê 1 bit trong memory có thể bị sai giá trị khi chạy trong gần 750 giờ, người tiêu dùng bình thường như chúng ta đâu có ai mở máy liên tục tới...1 tháng đâu chớ!

Register và Buffer (cùng như nhau)
Ðôi khi mua memory bạn có thể thấy người bán đề cập đến tính chất của memory là có buffer, register...Buffer và Register chủ yếu dùng để quản lý các modules trên RAM. Trông hình vẽ dưới chắc bạn cũng sẽ nhận ra được loại RAM có buffer. Loại RAM có buffer hay register thì sẽ chạy chậm hơn loại RAM không có buffer hay register một ít.

CAS (Column Address Strobe) latency
Latency nghĩa là khoảng thời gian chờ đợi để làm cái gì đó, CAS latency là thuật ngữ diễn tả sự delay trong việc truy cập thông tin của memory và được tính bằng clock cycle. Ví dụ, CAS3 là delay 3 "clock cycle". Trong quá khứ các nhà sản xuất cố gắng hạ thấp chỉ số delay xuống nhưng nó sẽ tỷ lệ nghịch với giá thành sản phẩm.

Cách tính dung lượng của memory (RAM)
Thông thường RAM có hai chỉ số, ví dụ, 32Mx4. Thông số đầu biểu thị số hàng (chiều sâu) của RAM trong đơn vị Mega Bit, thông số thứ nhì biểu thị số cột (chiều ngang) của RAM. 32x4 = 32MegaBit x 4 cột = 128 Mega Bit = 128/8 Mega Bytes = 16MB. Có nhiều bạn có thể lầm tưởng thông số đầu là Mega Bytes nhưng kỳ thực các hãng sãn xuất mặc định nó là Mega Bit, bạn nên lưu nhớ cho điều nầy khi mua RAM. Ví dụ, 32Mx64 RAM tức là một miếng RAM 256MB.

CÁC LOẠI MEMORY VÀ MỘT SỐ THUẬT NGỮ
BUS:
gồm nhiều dây dẫn điện nhỏ gộp lại, là hệ thống hành lang để dẫn data từ các bộ phận trong computer (CPU, memory, IO devices). BUS có chứa năng như hệ thống ống dẫn nước, nơi nào ống to thì nước sẽ chạy qua nhiều hơn, còn sức nước mạnh hay yếu là do các bộ phận khác tạo ra.
FSB (Front Side Bus) hành lang chạy từ CPU tới main memory
BSB (Back Side Bus) hành lang chạy từ memory controller tới L2 (Cache level 2)
Bursting
Cũng là một kỹ thuật khác để giảm thời gian truyền tải thông tin trong máy tính. Thay vì CPU lấy thông tin từng byte một, bursting sẽ giúp CPU lấy thông tin mỗi lần là một block.
ECC (Error Correction Code)
Khi mua RAM bạn có thể thấy cụm từ nầy mô tả phụ thêm vào loại RAM
egister và Buffer (cùng như nhau)
Ðôi khi mua memory bạn có thể thấy người bán đề cập đến tính chất của memory là có buffer, register…Buffer và Register chủ yếu dùng để quản lý các modules trên RAM.

6. * DDR III SDRAM (Double Data Rate III Synchronous Dynamic RAM): có tốc độ bus 800/1066/1333/1600 Mhz, số bit dữ liệu là 64, điện thế là 1.5v, tổng số pin là 240.Các thông số của RAM

Được phân loại theo chuẩn của JEDEC.Dung lượng

Dung lượng RAM được tính bằng MB và GB, thông thường RAM được thiết kế với các dung lượng 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 MB, 1 GB, 2 GB... Dung lượng của RAM càng lớn càng tốt cho hệ thống, tuy nhiên không phải tất cả các hệ thống phần cứng và hệ điều hành đều hỗ trợ các loại RAM có dung lượng lớn, một số hệ thống phần cứng của máy tính cá nhân chỉ hỗ trợ đến tối đa 4 GB và một số hệ điều hành (như phiên bản 32 bit của Windows XP) chỉ hỗ trợ đến 3 GB.BUS

* SDR SDRAM được phân loại theo bus speed như sau:
o PC-66: 66 MHz bus.
o PC-100: 100 MHz bus.
o PC-133: 133 MHz bus.

* DDR SDRAM được phân loại theo bus speed và bandwidth như sau:
o DDR-200: Còn được gọi là PC-1600. 100 MHz bus với 1600 MB/s bandwidth.
o DDR-266: Còn được gọi là PC-2100. 133 MHz bus với 2100 MB/s bandwidth.
o DDR-333: Còn được gọi là PC-2700. 166 MHz bus với 2667 MB/s bandwidth.
o DDR-400: Còn được gọi là PC-3200. 200 MHz bus với 3200 MB/s bandwidth.

* DDR2 SDRAM được phân loại theo bus speed và bandwidth như sau:
o DDR2-400: Còn được gọi là PC2-3200. 100 MHz clock, 200 MHz bus với 3200 MB/s bandwidth.
o DDR2-533: Còn được gọi là PC2-4200. 133 MHz clock, 266 MHz bus với 4267 MB/s bandwidth.
o DDR2-667: Còn được gọi là PC2-5300. 166 MHz clock, 333 MHz bus với 5333 MB/s bandwidth.
o DDR2-800: Còn được gọi là PC2-6400. 200 MHz clock, 400 MHz bus với 6400 MB/s bandwidt.Các loại modul của RAM

Trước đây, các loại RAM được các hãng sản xuất thiết kế cắm các chip nhớ trên bo mạch chủ thông qua các đế cắm (có dạng DIP theo hình minh hoạ trên), điều này thường không thuận tiện cho sự nâng cấp hệ thống. Cùng với sự phát triển chung của công nghệ máy tính, các RAM được thiết kế thành các modul như SIMM, DIMM (như hình minh hoạ trên) để thuận tiện cho thiết kế và nâng cấp hệ thống máy tính.

* SIMM (Single In-line Memory Module)
* DIMM (Dual In-line Memory Module)
o SO-DIMM: (Small Outline Dual In-line Memory Module): Thường sử dụng trong các máy tính xách tay.Tính tương thích với bo mạch chủ

Không phải các RAM khác nhau đều sử dụng được trên tất cả các bo mạch chủ. Mỗi loại bo mạch chủ lại sử dụng với một loại RAM khác nhau tuỳ thuộc vào chipset của bo mạch chủ.Đó là các bo mạch chủ sử dụng CPU Intel bởi vì trong chipset đó có tích hợp điều khiển bộ nhớ(memory controller). Còn đối hệ thống sử dụng CPU AMD thì việc quản lý bộ nhớ Ram phụ thuộc vào chính CPU. Bởi trong CPU AMD tích hợp điều khiển bộ nhớ(trình điều khiển bộ nhớ)trong chính CPU. Đặc biệt sau này trình điều khiển bộ nhớ đã được tích hợp trong hệ thống core i của Intel.

Bộ nhớ Cache là kiểu bộ nhớ tốc độ cao có bên trong CPU để tăng tốc độ truy cập cho dữ liệu và các chỉ lệnh được lưu trong bộ nhớ RAM. Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn về cách làm việc của bộ nhớ này theo cách dễ hiểu nhất.
Một máy tính sẽ hoàn toàn vô dụng nếu bạn không bắt bộ vi xử lý (CPU) thực hiện một nhiệm vụ nào đó. Công việc sẽ được thực hiện thông qua một chương trình, chương trình này lại gồm rất nhiều các chỉ lệnh để ra lệnh cho CPU làm việc.

CPU lấy các chương trình từ bộ nhớ RAM. Tuy nhiên có một vấn đề với bộ nhớ RAM đó là khi nguồn nuôi của nó bị cắt thì các thành phần dữ liệu được lưu trong RAM cũng sẽ bị mất – chính điều này nên một số người nói rằng bộ nhớ RAM là một môi trường “dễ bay hơi”. Các chương trình và dữ liệu như vậy phải được lưu trên môi trường không “dễ bay hơi” sau khi tắt máy tính (giống như các ổ đĩa cứng hay các thiết bị quang như đĩa CD và DVD).

Khi kích đúp vào một biểu tượng trong Windows để chạy một chương trình nào đó. Các chương trình thông thường được lưu trên ổ đĩa cứng của máy tính, khi được gọi nó sẽ được nạp vào bộ nhớ RAM sau đó từ bộ nhớ RAM, CPU nạp chương trình thông qua một mạch có tên gọi là memory controller, thành phần này được đặt bên trong chipset (north bridge chip- chíp cực bắc) trên các bộ vi xử lý Intel hoặc bên trong CPU trên các bộ vi xử lý AMD. (với các bộ vi xử lý AMD bạn hãy bỏ qua phần chipset đã được vẽ).

CPU không thể tìm nạp dữ liệu trực tiếp từ các ổ đĩa cứng vì tốc độ truy suất dữ liệu của ổ đĩa cứng là quá thấp với nó, thậm chí nếu nếu bạn có cả ổ đĩa cứng với tốc độ truy suất lớn nhất. Hãy lấy một số ví dụ làm dẫn chứng cho điều này, ổ cứng SATA-300 – một loại ổ đĩa cứng có tốc độ nhanh nhất hiện đang được cung cấp ngày nay đến phần lớn người dùng – có tốc độ truyền tải theo lý thuyết là 300 MB/s. Một CPU chạy với tốc độ 2GHz với đường dữ liệu* 64-bit sẽ truyền tải dữ liệu bên trong với tốc độ 16GB/s – như vậy là lớn gấp 50 lần.

- Đường dữ liệu: Các đường giữa các mạch bên trong CPU. Chỉ cần một phép toán đơn giản bạn cũng có thể biết được rằng mỗi CPU có một số đường dữ liệu khác nhau bên trong, mỗi một đường trong chúng lại có chiều dài khác nhau. Ví dụ với các bộ vi xử lý AMD thì đường dữ liệu giữa L2 memory cache và L1 memory cache có độ rộng 128-bit, trong khi đó của Intel là 256-bit. Đây chỉ là giải thích con số trong đoạn trên không cố định, nhưng dẫu sao CPU luôn nhanh hơn rất nhiều so với các ổ đĩa cứng.

Sự khác nhau trong tốc độ cũng bắt nguồn từ một thực tế đó là các ổ đĩa cứng còn bao gồm cả hệ thống cơ khí, các hệ thống cơ khí này bao giờ cũng chậm hơn hệ thống điện tử thuần túy, các thành phần cơ khí phải chuyển động để dữ liệu mới có thể được đọc ra (điều này chậm hơn rất nhiều so với việc chuyển động của điện tử). Hay nói cách khác, bộ nhớ RAM là 100% điện tử, có nghĩa là nó sẽ nhanh hơn tốc độ của ổ đĩa cứng và quang.

Tuy nhiên đây chính là vấn đề, thậm chí bộ nhớ RAM nhanh nhất cũng không nhanh bằng CPU. Nếu bạn sử dụng các bộ nhớ DDR2-800, chúng truyền tải dữ liệu ở tốc độ 6.400 MB/s – 12.800 MB/s nếu sử dụng chế độ hai kênh. Thậm chí con số này còn có thể lên đến 16GB/s trong ví dụ trước, vì các CPU hiện nay còn có thể tìm nạp dữ liệu từ L2 memory cache ở tốc độ 128- bit hay 256-bit, chúng ta đang nói về 32 GB/s hoặc 64 GB/s nếu CPU làm việc bên trong với tốc độ 2GHz. Bạn không nên lo lắng về những vấn đề với “L2 memory cache”, chúng tôi sẽ giải thích vấn đề này sau. Tất cả những gì bạn cần nhớ là bộ nhớ RAM chậm hơn CPU.


Bằng cách đó, tốc độ truyền tải có thể được tính bằng sử dụng công thưc dưới đây (trong tất cả các ví dụ từ đầu tới giờ, “dữ liệu trên một clock” vẫn được tính bằng “1”):
[Tốc độ truyền tải] = [Độ rộng (số lượng bít)] x [tốc độ clock] x [dữ liệu trên một clock] / 8
Vấn đề không chỉ dừng lại ở tốc độ truyền tải mà còn cả độ trễ. Độ trễ (thời gian truy cập) là lựợng thời gian mà bộ nhớ giữ chậm trong việc chuyển ngược trở lại dữ liệu mà CPU đã yêu cầu trước đó – điều này không thể thực hiện được ngay lập tức. Khi CPU yêu cầu chỉ lệnh (hoặc dữ liệu) được lưu tại một địa chỉ nào đó thì bộ nhớ sẽ giữ chậm một khoảng thời gian để phân phối lệnh này (hoặc dữ liệu) trở ngược lại. Trên các bộ nhớ hiện nay, nếu nó được dán nhãn có CL bằng 5 (CAS Latency, đây chính là độ trễ mà chúng ta đang nói đến) thì điều đó có nghĩa rằng bộ nhớ sẽ cung cấp dữ liệu đã được yêu cầu sau 5 chu kỳ clock nhớ - nghĩa là CPU sẽ phải chờ đợi.

Việc chờ đợi sẽ làm giảm hiệu suất của CPU. Nếu CPU phải đợi đến 5 chu kỳ clock để nhận được chỉ lệnh hoặc dữ liệu mà nó đã yêu cầu thì hiệu suất của nó sẽ chỉ còn 1/5 so với hiệu suất sử dụng bộ nhớ có khả năng cung cấp dữ liệu tức thời. Nói theo cách khác, khi truy cập bộ nhớ DDR2-800 với CL5 thì hiệu suất của CPU bằng với hiệu suất của CPU làm việc với bộ nhớ 160 MHz (800 MHz / 5) với khả năng cung cấp dữ liệu tức thời. Trong thế giới thực, việc giảm hiệu suất không nhiều vì các bộ nhớ làm việc dưới chế độ có tên gọi là chế độ truyền loạt (burst mode), ở nơi mà dữ liệu được tập trung lần thứ hai có thể được cung cấp một cách ngay lập tức, nếu dữ liệu này được lưu trên một địa chỉ nối tiếp nhau (thường thì chỉ lệnh của chương trình nào đó được lưu trong các địa chỉ liên tục). Điều này được diễn tả bằng công thức “x-1-1-1” (có nghĩa “5-1-1-1” là cho bộ nhớ dùng trong ví dụ của chúng ta), có nghĩa là dữ liệu đầu tiên được cung cấp sau 5 chu kỳ xung clock, nhưng từ dữ liệu thứ hai trở đi thì chúng được cung cấp chỉ trong một chu kỳ clock – nếu nó được lưu trên địa chỉ liên tiếp giống như những gì chúng ta đã nói.

RAM động và Ram tĩnh
Có hai kiểu bộ nhớ RAM đó là RAM động (DRAM) và RAM tĩnh (SRAM). Bộ nhớ RAM đã sử dụng trên các máy tính là loại RAM động. Kiểu RAM này, mỗi bit dữ liệu được lưu bên trong chip nhớ bằng một tụ điện nhỏ, các tụ điện này là thành phần rất nhỏ, nghĩa là có đến hàng triệu tụ điện trên một vùng diện tích mạch điện nhỏ, điều này vẫn được người ta gọi là “mật độ cao”. Các tụ điện này có thể bị mất điện áp tích tụ sau một thời gian, chính vì vậy các bộ nhớ động cần phải có quá trình nạp lại, quá trình này vẫn thường được chúng ta gọi là “làm tươi” (refresh). Trong suốt chu kỳ này dữ liệu không thể được đọc ra hoặc được ghi vào. Bộ nhớ động rẻ hơn so với bộ nhớ tĩnh và cũng tiêu thụ ít năng lượng hơn bộ nhớ tĩnh. Tuy nhiên như chúng ta đã biết, trên RAM động, dữ liệu không được cung cấp một cách sẵn sàng và nó có thể không làm việc nhanh bằng CPU.

Với bộ nhớ tĩnh, đây là kiểu bộ nhớ có thể làm việc nhanh bằng CPU, vì mỗi bit dữ liệu đều được lưu trên một mạch có tên gọi flip-flop (F-F), mỗi một F-F này lại có thể cung cấp dữ liệu với độ trễ rất nhỏ, vì các F-F không yêu cầu đến chu trình làm tươi. Vấn đề ở đây là các F-F này lại yêu cầu một số transistor, có kích thước to hơn so với một tụ điện trên RAM động. Điều này có nghĩa là trên cùng một diện tích giống nhau, nơi mà ở bộ nhớ tĩnh chỉ có một F-F tồn tại thì trên bộ nhớ động sẽ có đến hàng trăm tụ điện. Chính vì vậy các bộ nhớ tĩnh thường có mật độ thấp hơn – các chíp có dung lượng thấp hơn. Hai vấn đề khác với bộ nhớ tĩnh nữa là: nó thường đắt hơn nhiều và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn (do đó nóng hơn) so với bộ nhớ tĩnh.

Trong bảng dưới đây, chúng tôi có tóm tắt các sự khác nhau chính giữa RAM động (DRAM) và RAM tĩnh (SRAM).
Tính năngRAM động (DRAM)RAM tĩnh (SRAM)Mạch trữ điệnTụ điệnFlip-flopTốc độ truyền tảiThấp hơn CPU Bằng với CPU Độ trễCaoThấpMật độCao ThấpTiêu tốn năng lượngThấpCaoGiá thànhRẻ Đắt
Mặc dù Ram tĩnh có tốc độ nhanh hơn RAM động nhưng những nhược điểm của nó vẫn ngăn cản nó trở thành RAM chính.

Giải pháp đã tìm thấy để giảm sự ảnh hưởng trong việc sử dụng bộ nhớ RAM chậm hơn CPU là sử dụng một số lượng nhỏ các RAM tĩnh giữa CPU và bộ nhớ RAM. Công nghệ này được gọi là bộ nhớ Cache và ngày nay có một số lượng nhỏ bộ nhớ tĩnh này được đặt bên trong CPU.

Bộ nhớ Cache copy hầu hết các dữ liệu đã được truy cập gần đây từ bộ nhớ RAM vào bộ nhớ tĩnh và đoán dữ liệu gì CPU sẽ hỏi tiếp theo, tải chúng đến bộ nhớ tĩnh trước khi CPU yêu cầu thực sự. Mục đích là làm cho CPU có thể truy cập vào bộ nhớ Cache thay vì truy cập trực tiếp vào bộ nhớ RAM, vì nó có thể truy vấn dữ liệu từ bộ nhớ Cache một cách tức thời hoặc cũng hầu như ngay lập tức thay vì phải đợi khi truy cập vào dữ liệu được đặt trong RAM. CPU càng truy cập vào Cache nhớ thay cho RAM nhiều hơn thì hệ thống sẽ càng hoạt động nhanh hơn. Cũng theo đó, chúng ta sẽ sử dụng hoán đổi hai thuật ngữ “dữ liệu” và “chỉ lệnh” cho nhau vì những gì được lưu bên trong mỗi địa chỉ nhớ không có gì khác biệt đối với bộ nhớ


Lịch sử về Cache nhớ trên các máy tính cá nhân (PC) :
Trong phần này chúng tôi chỉ quan tâm đến các khía cạnh lịch sử trước đây của bộ nhớ Cache. Nếu bạn không quan tâm đến chủ đề này thì hoàn toàn có thể bỏ qua để đọc phần tiếp theo.

Bộ nhớ Cache được sử dụng đầu tiên trên các máy tính thời 386DX. Mặc dù bản thân CPU không có bộ nhớ Cache bên trong nhưng mạch hỗ trợ của nó - chipset – có một bộ điều khiển Cache nhớ. Vì điều đó nên Cache nhớ ở thời điểm này nằm ở bên ngoài CPU và mang tính tùy chọn, nghĩa là nhà sản xuất bo mạch chủ có thể thêm vào hoặc không. Nếu bạn có một bo mạch chủ mà không có bộ nhớ Cache thì máy tính của bạn sẽ chậm hơn rất nhiều so với các máy tính có thành phần này. Số lượng bộ nhớ Cache được cung cấp khác nhau và phụ thuộc vào model của bo mạch chủ và các giá trị điển hình cho thời điểm đó là 64 KB và 128 KB. Cũng ở thời điểm này, bộ điều khiển Cache nhớ đã sử dụng một kiến trúc được biết đến với tên “write-through”, dùng cho các hoạt động ghi – nghĩa là khi CPU muốn lưu dữ liệu trong bộ nhớ thì bộ điều khiển Cache nhớ sẽ cập nhật bộ nhớ RAM ngay lập tức.

Với các bộ vi xử lý 486DX, Intel đã bổ sung thêm một số lượng nhỏ (8KB) Cache nhớ bên trong mỗi CPU. Cache nhớ bên trong này được gọi là L1 (level 1) hay “internal”, còn các Cache nhớ bên ngoài được gọi là (level 2) hay “external”. Số lượng và sự tồn tại của Cache nhớ bên ngoài phụ thuộc vào model của bo mạch chủ. Số lượng điển hình cho thời điểm đó là 128 KB và 256 KB. Sau đó các mô hình 486 đã bổ sung thêm kiến trúc Cache “write back”, đây là kiến trúc đã được sử dụng cho đến ngày nay, các hoạt động ghi của bộ nhớ RAM không được cập nhật ngay tức khắc mà CPU lưu dữ liệu trên Cache nhớ và bộ điều khiển nhớ sẽ cập nhật bộ nhớ RAM chỉ khi không có Cache.

Sau đó với các bộ vi xử lý Pentium đầu tiên, Intel đã tạo hai Cache nhớ bên trong tách biệt nhau, một cho các chỉ lệnh và một cho dữ liệu (ở thời điểm này mỗi Cache nhớ là 8 KB). Kiến trúc này vẫn được sử dụng cho đến ngày nay và đó chính là tại sao đôi khi bạn vẫn thấy Cache nhớ L1 tồn tại được ghi 64 KB + 64 KB (ví dụ) – điều này là vì có một Cache chỉ lệnh L1 64KB và một Cache nhớ dữ liệu L2 64KB. Chúng tôi sẽ giải thích cho các bạn về sự khác nhau của hai loại Cache nhớ này. Tại thời điểm đó, Cache nhớ L2 thường được đặt trên bo mạch chủ, chính vì vậy số lượng và sự tồn tại của nó phụ thuộc vào model của bo mạch chủ. Rõ ràng việc hệ thống không có Cache nhớ là một điều không thể chấp nhận. Số lượng điển hình cho thời điểm đó là 256 KB và 512 KB.

Các bộ vi xử lý AMD K5, K6 và K6-2 cũng đã sử dụng kiến trúc này, với K6-III thì có thêm Cache nhớ thứ ba (L3, level 3).

Vấn đề với Cache nhớ nằm bên ngoài L2 là nó được truy cập với tốc độ clock thấp hơn vì thế hệ 486DX2 tốc độ clock bên trong của CPU khác hoàn toàn với tốc độ clock bên ngoài của CPU. Ví dụ Pentium-200 làm việc bên trong tại tốc độ 200MHz, nó đã truy cập vào bộ nhớ Cache L2 của nó với tốc độ 66MHz.

Sau kiến trúc P6, Intel đã chuyển sang Cache nhớ từ bo mạch chủ sang bên trong CPU – điều đó đã cho phép CPU có thể truy cập với tốc độ clock bên trong – ngoại trừ Pentium II (bộ nhớ Cache không được đặt bên trong CPU nhưng trên cùng bo mạch in – nơi CPU được hàn gắn (bo mạch in này được đặt bên trong một hộp chứa)), lại chạy bằng một nửa tốc độ clock trong của CPU. Trên Celeron-266 và Celeron-300, các model này không có Cache nhớ (chính vì vậy chúng là các CPU tồi tệ nhất trong lịch sử).

Kiến trúc được sử dụng cho đến ngày nay cũng tương tự như vậy: cả hai Cache nhớ L1 và L2 đều được đặt bên trong CPU và chạy với tốc độ clock bên trong của CPU. Chính vì vậy số lượng Cache nhớ mà bạn có trên hệ thống sẽ phụ thuộc vào model của CPU; không có cách nào để có thể tăng được số lượng Cache nhớ mà không cần thay thế CPU.
Xem xét các Cache nhớ
Trong hình 2, bạn sẽ thấy sơ đồ khối cơ bản của một CPU một lõi. Sơ đồ khối cụ thể sẽ thay đổi phụ thuộc vào CPU.
Hình 2: Sơ đồ khối cơ bản của một CPU
Đường chấm trên hình 2 thể hiện phần thân của CPU, vì bộ nhớ RAM được đặt bên ngoài CPU. Đường dữ liệu giữa bộ nhớ RAM và CPU có độ rộng 64 –bit thông thường (hoặc 128 khi cấu hình hai kênh được sử dụng), đang chạy với tốc độ clock nhớ hoặc clock ngoài của CPU (hoặc clock của bus nhớ, trong trường hợp đối với các bộ vi xử lý của AMD).

Tất cả các mạch bên trong phần chấm đều chạy với tốc độ clock của CPU. Phụ thuộc vào CPU mà một số thành phần bên trong nó thậm chí còn có thể chạy với tốc độ clock cao hơn. Còn đường dẫn giữa các khối CPU cũng có thể rộng hơn, nghĩa là sẽ truyền tải nhiều bit hơn trên mỗi một chu kỳ xung clock (nhiều hơn 64 hoặc 128). Ví dụ, đường dữ liệu giữa bộ nhớ Cache L2 và Cache chỉ lệnh L1 trên các bộ vi xử lý hiện đại thường có độ rộng 256-bit. Đường dữ liệu giữa Cache chỉ lệnh L1 và khối tìm nạp của CPU cũng thay đổi phụ thuộc vào mô hình của từng CPU – 128 bit là giá trị điển hình, tuy nhiên ở phần cuối của hướng dẫn này chúng tôi sẽ giới thiệu cho một bảng chỉ tiêu kỹ thuật của các Cache nhớ chính đối với các CPU được bán trên thị trường hiện nay. Số lượng truyền tải các bit trên một chu kỳ xung nhịp càng cao thì sự truyền tải càng diễn ra nhanh hơn (nói theo cách khác là tốc độ truyền tải sẽ nhanh hơn).

Nói chung, tất cả các CPU hiện đại đều có đến ba Cache nhớ: L2 là Cache nhớ lớn hơn và có thể tìm thấy ở giữa bộ nhớ RAM và Cache chỉ lệnh L1, nó nắm giữ cả các chỉ lệnh và dữ liệu; Cache chỉ lệnh L1 được sử dụng để lưu các chỉ lệnh đã được thực thi bởi CPU và lưu dữ liệu để có thể được ghi ngược trở lại bộ nhớ.

L1 và L2 có nghĩa là “Level 1” và “Level 2”, ám chỉ khoảng cách từ chúng đến lõi CPU (khối thực thi). Có một sự nghi ngờ đó là tại sao lại có đến ba Cache nhớ tách biệt (Cache nhớ dữ liệu L1, Cache nhớ chỉ lệnh L1 và Cache L2).

Để làm cho độ trễ của bộ nhớ tĩnh giảm xuống bằng “0” là một điều rất khó khăn, đặc biệt với các CPU đang chạy ở tốc độ clock rất cao. Do việc sản xuất các RAM tĩnh có độ trễ xấp xỉ “0” là rất khó nên các hãng sản xuất đã sử dụng một kiểu bộ nhớ chỉ ở trên Cache nhớ L1. Cache nhớ L2 sử dụng RAM tĩnh không nhanh bằng bộ nhớ được sử dụng trên Cache nhớ L1, điều này là do nó có độ trễ nhất định, chính vì vậy nó sẽ chậm hơn đôi chút so với Cache nhớ L1.

Hãy chú ý vào hình 2 chúng ta sẽ thấy được rằng Cache chỉ lệnh L1 làm việc giống như một “Cache đầu vào”, còn Cache dữ liệu L1 làm việc giống như một “Cache đầu ra”. Cache chỉ lệnh L1 (thường nhỏ hơn Cache L2) có hiệu quả cao hơn khi chương trình bắt đầu lặp lại một số phần nhỏ của nó, đó cũng là do các chỉ lệnh đã được yêu cầu sẽ gần khối tìm nạp hơn.

Một điều cũng hiếm khi được đề cập đến, nhưng Cache chỉ lệnh L1 cũng được sử dụng để lưu các dữ liệu khác bên cạch các chỉ lệnh đã được giải mã. Phụ thuộc vào CPU mà nó có thể được sử dụng để lưu một số dữ liệu tiền giải mã và việc rẽ nhánh thông tin (nhìn chung, dữ liệu điều khiển sẽ làm tăng được tốc độ của quá trình giải mã) và đôi khi Cache chỉ lệnh L1 còn lớn hơn cả những gì đã tuyên bố, điều này là do nhà sản xuất thường không bổ sung vào không gian mở rộng sẵn có cho những phần thông tin mở rộng này.

Trong trang các chỉ tiêu kỹ thuật của CPU, Cache L1 có thể có nhiều kiểu khác nhau. Một số nhà sản xuất liệt kê hai Cache L1 tách biệt hoàn toàn với nhau (có khi gọi Cache chỉ lệnh là “I” và Cache dữ liệu là “D”), đôi khi lại bổ sung thêm cả số lượng và phần ký hiệu “separated”, nếu “128 KB, separated” thì điều đó có nghĩa là Cache chỉ lệnh 64KB và Cache dữ liệu 64KB, một số hãng đã thực hiện để bạn có thể đoán được số lượng tổng thể và phải chia hai để có được dung lượng của mỗi Cache. Mặc dù vậy cũng có trường hợp ngoại lệ đối với các CPU được xây dựng trên kiến trúc Netburst, chẳng hạn như Pentium 4, Pentium D, Pentium 4 dựa trên Xeon và các CPU của Celeron dòng Pentium 4.

Các bộ vi xử lý dựa trên kiến trúc Netburst không có Cache chỉ lệnh L1, thay vào đó chúng có một Cache thực thi dò theo (hay có thể gọi là lần vết), Cache này được đặt giữa khối giải mã và khối thực thi, lưu các chỉ lệnh đã được giải mã. Chính vì vậy có thể nói Cache chỉ lệnh L1 là nó, nhưng được ẩn dưới một tên hoàn toàn khác và đặt ở vị trí cũng khác. Chúng ta sẽ đề cập đến vấn đề này ở đây vì đây là một lỗi rất hay mắc phải, mọi người thường nghĩ rằng các CPU Pentium 4 không có Cache chỉ lệnh L1. Điều này dẫn đến hiện tượng khi so sánh Pentium 4 với các CPU khác mọi người thường nghĩ rằng Cache L1 của nó có dung lượng nhỏ hơn, do họ chỉ tính 8KB của Cache dữ liệu L1. Cache thực thi lần vết của các CPU xây dựng trên kiến trúc Netburst là 150KB.
L2 Memory Cache trên các CPU đa lõi
Trên các CPU có nhiều hơn một lõi, kiến trúc Cache L2 có thay đổi khá nhiều, sự thay đổi này phụ thuộc vào từng loại CPU.

Với các CPU dual-core Pentium D và AMD được xây dựng trên kiến trúc K8, mỗi lõi của CPU lại có Cache nhớ L2 riêng của chính nó. Chính vì vậy mỗi một lõi làm việc như nó đang làm việc cho một CPU độc lập.

Các CPU dual-core của Intel được xây dựng trên kiến trúc Core và Pentium M thì hai Cache nhớ L2 lại có thể được chia sẻ giữa hai lõi.

Hãng Intel nói rằng, kiến trúc chia sẻ này cho hiệu suất thực thi tốt hơn vì trên phương pháp Cache riêng vì ở một thời điểm nào đó một lõi này có thể chạy quá tải trong khi đó lõi kia lại không được sử dụng hoặc sử dụng không hết hiệu suất trên chính Cache L2 của nó. Khi xảy ra điều này, lõi chạy quá tải sẽ lấy dữ liệu từ bộ nhớ RAM chính mặc dù không gian trên Cache nhớ L2 kia hoàn toàn trống mà lẽ ra nên được sử dụng để lưu dữ liệu và tránh không để cho lõi quá tải truy cập lấy dữ liệu từ bộ nhớ RAM làm giảm hiệu suất của toàn hệ thống. Với phương pháp mới này, bộ vi xử lý Core 2 Duo với Cache nhớ L2 4MB, thì một lõi này có thể sử dụng đến 3,5MB trong khi đó lõi còn lại sử dụng 0,5MB, hoàn toàn tương phải với hệ số chia cố định 50%-50% như trên các CPU dual-core.

Có thể nói theo cách khác, các CPU quad-core hiện tại của Intel như Core 2 Extreme QX và Core 2 Quad sử dụng 2 chíp dual-core, nghĩa là việc chia sẻ này chỉ xuất hiện giữa các lõi 1 và 2, 3 và 4. Hiện nay, Intel đã lên kế hoạch cho các CPU quad-core sử dụng một chíp đơn. Với phương pháp này, Cache L2 sẽ được chia sẻ giữa bốn lõi.

Trên hình 3 bạn có thể thấy được sự so sánh giữa các giải pháp Cache nhớ L2 này.
Hình 3: So sánh các giải pháp Cache nhớ L2 hiện có trên các CPU đa lõi
Bộ vi xử lý AMD xây dựng trên kiến trúc K10 sẽ có Cache L3 chia sẻ nằm bên trong CPU, và có một kiểu lai giữa hai phương pháp này. Vấn đề này được thể hiện trên hình 4. Kích thước của Cache này sẽ phụ thuộc vào mô hình của CPU, cũng giống như những gì xảy ra với kích thước của Cache L2.
Hình 4: Kiến trúc Cache K10
CÁCH LÀM VIỆC:

Khối tìm nạp của CPU sẽ tìm kiếm chỉ lệnh kế tiếp để được thực thi trong Cache chỉ lệnh L1. Nếu không có ở đó thì nó sẽ tìm kiếm trên Cache L2. Sau khi đó nếu cũng không có thì nó sẽ phải truy cập vào bộ nhớ RAM để nạp chỉ lệnh.

Chúng tôi gọi là một “hit” khi CPU nạp một chỉ lệnh đã được yêu cầu hoặc dữ liệu từ Cache, và gọi là một “miss” nếu chỉ lệnh hoặc dữ liệu được yêu cầu không có ở đó và CPU cần phải truy cập trực tiếp vào bộ nhớ RAM để lấy dữ liệu này.

Rõ ràng khi bạn mới bật máy tính thì Cache là hoàn toàn trống rỗng, vì vậy hệ thống sẽ phải truy cập vào bộ nhớ RAM – đây là một miss đối với Cache không thể tránh. Tuy nhiên sau khi chỉ lệnh đầu tiên được nạp, thì quá trình này sẽ bắt đầu.

Khi CPU nạp một chỉ lệnh từ một vị trí nhớ nào đó thì mạch đã gọi bộ điều khiển Cache nhớ sẽ nạp vào trong Cache nhớ một khối dữ liệu nhỏ bên dưới vị trí hiện hành mà CPU vừa mới nạp. Do các chương trình thường được thực hiện theo cách tuần tự nên vị trí nhớ tiếp theo mà CPU sẽ yêu cầu có thể là vị trí ngay bên dưới vị trí nhớ mà nó vừa nạp. Cũng do bộ điều khiển Cache nhớ đã nạp một số dữ liệu bên dưới vị trí đầu tiên được đọc bởi CPU rồi nên dữ liệu kế tiếp sẽ có thể nằm ở bên trong Cache nhớ, chính vì vậy CPU không cần phải truy cập vào RAM để lấy dữ liệu trong đó: nó đã được nạp vào bên trong Cache nhớ nhúng trong CPU, điều này làm cho nó có thể truy cập với tốc độ clock bên trong.

Lượng dữ liệu này được gọi là dòng và nó thường có chiều dài 64 byte.

Bên cạnh việc nạp một số lượng nhỏ dữ liệu này, bộ điều khiển nhớ cũng luôn tìm cách đoán xem những gì CPU sẽ yêu cầu tiếp theo. Một mạch có tên gọi là mạch tìm nạp trước, sẽ nạp nhiều dữ liệu được đặt sau 64 byte đầu tiên hơn từ RAM vào Cache nhớ. Nếu chương trình tiếp tục nạp chỉ lệnh và dữ liệu từ các vị trí nhớ theo cách tuần tự như vậy thì các chỉ lệnh và dữ liệu mà CPU sẽ hỏi tiếp theo đã được nạp vào trong Cache nhớ từ trước rồi.

Chúng ta có thể tóm tắt cách Cache nhớ làm việc như sau:

1. CPU yêu cầu chỉ lệnh hoặc dữ liệu đã được lưu tại địa chỉ “a”.

2. Do nội dung từ địa chỉ “a” không có bên trong Cache nhớ nên CPU phải tìm nạp nó trực tiếp từ RAM.

3. Bộ điều khiển Cache sẽ nạp một dòng (thường là 64 byte) bắt đầu từ địa chỉ “a” vào Cache nhớ. Nó sẽ nạp nhiều hơn dữ lượng dữ liệu mà CPU yêu cầu, chính vì vậy nếu chương trình tiếp tục chạy tuần tự (nghĩa là yêu cầu địa chỉ a +1) thì chỉ lệnh hoặc dữ liệu kế tiếp mà CPU sẽ hỏi đã được nạp trong Cache nhớ từ trước đó rồi.

4. Mạch có tên gọi là tìm nạp trước sẽ nạp nhiều dữ liệu được đặt sau dòng này, có nghĩa là bắt đầu việc nạp các nội dung từ địa chỉ a + 64 trở đi vào Cache. Để cho bạn một ví dụ thực tế là các CPU của Pentium 4 có bộ tìm nạp trước 256-byte, chính vì vậy nó có thể nạp được 256byte kế tiếp sau dòng dữ liệu đã được nạp vào trong Cache.

Nếu chương trình chạy một cách tuần tự thì CPU sẽ không cần phải tìm nạp dữ liệu bằng cách truy cập trực tiếp vào bộ nhớ RAM, ngoại trừ nạp mỗi chỉ lệnh đầu tiên – vì các chỉ lệnh và dữ liệu được yêu cầu bởi CPU sẽ luôn nằm bên trong Cache nhớ trước khi CPU yêu cầu đến chúng.

Mặc dù các chương trình không chạy luôn giống như vậy, đôi khi chúng có thể nhảy từ một vị trí nhớ này sang vị trí nhớ khác. Thách thức chính của bộ điều khiển Cache chính là việc đoán những địa chỉ gì mà CPU sẽ nhảy đến, và từ đó nạp những nội dung của địa chỉ này vào trong Cache nhớ trước khi CPU yêu cầu để tránh trường hợp CPU phải truy cập vào bộ nhớ RAM là giảm hiệu suất của hệ thống. Nhiệm vụ này được gọi là dự đoán rẽ nhánh và tất cả các CPU hiện đại đều có tính năng này.

Các CPU hiện đại có tốc độ hit ít nhất cũng là 80%, nghĩa là 80% của thời gian CPU không truy cập trực tiếp vào bộ nhớ RAM, mà thay vào đó là Cache nhớ.
TỔ CHỨC CACHE NHỚ:
Cache nhớ được chia thành các dòng bên trong, mỗi một dòng dữ từ 16 đến 128byte, phụ thuộc vào CPU. Đối với đại đa số các CPU hiện hành thì Cache nhớ được tổ chức theo các dòng 64byte (512bit), chính vì vậy chúng tôi sẽ xem xét đến Cache nhớ đang sử dụng dòng 64byte trong các ví dụ xuyên suốt từ đầu hướng dẫn này. Phần dưới chúng tôi sẽ trình bày các chi tiết kỹ thuật chính của Cache nhớ cho tất cả các CPU hiện đang có trên thị trường.

Cache nhớ 512 KB L2 được chia thành 8.192 dòng. Bạn nên lưu ý rằng 1KB là 2^10 hay 1.024 byte chứ không phải là 1.000byte, chính vì vậy 524.288 / 64 = 8.192. Chúng ta sẽ xem xét đến CPU một lõi có Cache nhớ 512 KB L2 trong các ví dụ. Trên hình 5 chúng tôi mô phỏng cách tổ chức bên trong của Cache nhớ này
Hình 5: Cách tổ chức Cache nhớ L2 512 KB
Cache nhớ có thể làm việc dưới ba kiểu cấu hình khác nhau: bản đồ hóa trực tiếp, liên kết toàn bộ và tập liên kết (theo nhiều dòng).
Bản đồ hóa trực tiếp
Bản đồ hóa trực tiếp là cách đơn giản nhất để tạo một Cache nhớ. Trong cấu hình này, bộ nhớ RAM chính được chia thành các dòng bằng nhau nằm bên trong Cache nhớ. Nếu chúng ta có một hệ thống 1GB RAM thì 1GB này sẽ được chia thành 8.192 khối (giả dụ rằng Cache nhớ sử dụng cấu hình mà chúng ta đã mô tả ở trên), mỗi một khối có 128KB (1.073.741.824 / 8.192 = 131.072 – lưu ý rằng 1GB là 2^30 bytes, 1 MB là 2^20 byte và 1 KB sẽ là 2^10 byte). Nếu hệ thống của bạn có 512MB thì bộ nhớ cũng sẽ được chia thành 8.192 khối nhưng mỗi một khối này chỉ có 64 KB. Chúng tôi có minh chứng cách tổ chức này trong hình 6 bên dưới.
Hình 6: Cách bản đồ hóa trực tiếp các làm việc của Cache
Ưu điển của phương pháp bản đồ hóa trực tiếp là nó là cách đơn giản nhất.

Khi CPU yêu cầu một địa chỉ nào đó từ bộ nhớ RAM (ví dụ địa chỉ 1.000) thì bộ điều khiển Cache sẽ nạp một dòng (64byte) từ bộ nhớ RAM và lưu dòng này trên Cache nhớ (nghĩa là từ địa chỉ 1.000 đến 1.063, giả dụ rằng chúng ta đang sử dụng lược đồ địa chỉ 8 bit). Vì vậy nếu CPU lại yêu cầu các nội dung của địa chỉ này hoặc của một số địa chỉ tiếp theo sau đó (nghĩa là các địa chỉ từ 1.000 đến 1.063) thì chúng sẽ được nằm sẵn bên trong Cache.

Vấn đề ở đây là nếu CPU cần đến hai địa chỉ được bản đồ hóa đến cùng một dòng Cache giống nhau, thì lúc này một miss sẽ xuất hiện (vấn đề này được gọi là hiện tượng xung đột). Tiếp tục ví dụ của chúng ta, nếu CPU yêu cầu địa chỉ 1.000 và sau đó yêu cầu địa chỉ 2.000 thì một miss cũng sẽ xuất hiện vì hai địa chỉ này đều nằm trong cùng một khối 128KB, và những gì bên trong Cache là một dòng bắt đầu từ địa chỉ 1.000. Chính vì vậy bộ điều khiển Cache sẽ nạp một dòng từ địa chỉ 2.000 và lưu nó trên dòng đầu tiên của Cache nhớ, xóa các nội dung trước đó, trong trường hợp của chúng ta thì đó là dòng từ địa chỉ 1.000.

Cũng một vấn đề nữa. Nếu chương trình có một vòng lặp nhiều hơn 64 bytes thì lúc này cũng có một miss xuất nhiện trong toàn bộ khoảng thời gian của vòng lặp.

Ví dụ, nếu vòng lặp thực hiện từ địa chỉ 1.000 đến địa chỉ 1.100 thì CPU sẽ phải nạp tất cả các chỉ lệnh trực tiếp từ bộ nhớ RAM trong suốt khoảng thời gian của vòng lặp. Vấn đề này sẽ xảy ra vì Cache sẽ có nội dung từ các địa chỉ 1.000 đến 1.063 và khi CPU yêu cầu các nội dung từ địa chỉ 1.100 thì nó sẽ phải vào bộ nhớ RAM để lấy dữ liệu, và sau đó bộ điều khiển Cache sẽ nạp các địa chỉ từ 1.100 đến 1.163. Khi CPU yêu cầu lại địa chỉ 1.000 thì nó sẽ phải quay trở lại bộ nhớ RAM, vì lúc này Cache sẽ không có các thành phần dữ liệu từ địa chỉ 1.000. Nếu vòng lặp này được thực thi 1.000 lần thì CPU sẽ phải vào bộ nhớ RAM để nạp dữ liệu cũng 1.000 lần.

Đó chính là lý do tại sao việc bản đồ hóa trực tiếp Cache nhớ lại ít hiệu quả và ít được sử dụng nữa.
Sự liên kết toàn bộ


Cấu hình liên kết toàn bộ, hay nói theo cách khác là không có sự khó khăn trong việc liên kết giữa các dòng của Cache nhớ và vị trí của bộ nhớ RAM. Bộ điều khiển Cache có thể lưu bất kỳ địa chỉ nào. Như vậy các vấn đề đã được nói ở trên sẽ không xảy ra. Cấu hình này là cấu hình hiệu quả nhất (nghĩa là cấu hình có tốc độ hit cao nhất).

Nói theo cách khác, mạch điều khiển sẽ phức tạp hơn nhiều, vì nó cần phải giữ được việc kiểm tra xem các vị trí nhớ nào được nạp bên trong Cache nhớ. Điều này là lý do cho ra đời một giải pháp lai – có tên gọi là tập liên kết – được sử dụng rộng rãi ngày nay.


Tập Cache liên kết n dòng

Trong cấu hình này, Cache nhớ được chia thành một vài khối (các tập), mỗi khối gồm có “n” dòng.

Một tập 4 dòng Cache liên kết thì Cache nhớ sẽ có 2.048 khối, mỗi khối gồm có 4 dòng (8.192 dòng / 4), với tập 2 dòng Cache liên kết thì Cache nhớ sẽ có 4.096 khối, mỗi khối gồm 2 dòng. Chúng ta sẽ tiếp tục ví dụ với Cache nhớ L2 512 KB, Cache nhớ này sẽ chia thành 8.192 dòng, mỗi dòng 64-byte. Phụ thuộc vào CPU mà số khối có thể khác nhau

Hình 7: Cache nhớ L2 512 KB khi được cấu hình thành một tập 4 dòng liên kết
Khi bộ nhớ RAM được chia thành các khối bằng nhau trong Cache nhớ. Vẫn ví dụ tập 4 dòng 512 KB liên kết, RAM chính sẽ được chia thành 2.048 khối nằm trong Cache nhớ. Mỗi khối nhớ lại được liên kết đến một tập các dòng bên trong Cache, giống như trong Cache đã được bản đồ hóa trực tiếp. Với 1GB, bộ nhớ sẽ được chia thành 2.048 khối, mỗi khối 512KB, bạn có thể xem trong hình 8.

Hình 8: Cache nhớ L2 512 KB được cấu hình thành một tập 4 dòng liên kết
Như những gì bạn có thể thấy được, việc bản đồ hóa là hoàn toàn giống với những gì xảy ra với Cache được bản đồ hóa trực tiếp, sự khác biệt ở đây là mỗi một khối nhớ hiện có nhiều dòng trên cùng một Cache. Mỗi một dòng lại giữ nhiều nội dung từ các địa chỉ bên trong các khối đã được bản đồ hóa. Trên tập 4 dòng liên kết, mỗi tập trên Cache nhớ có thể giữ đến 4 dòng từ cùng một khối nhớ.

Với phương pháp này, các vấn đề gặp phải đối với phương pháp bản đồ hóa trực tiếp không còn nữa (cả các vấn đề xung đột do vòng lặp mà chúng ta đã mô tả trên). Ở đây, tập Cache liên kết dễ dàng thực thi hơn so với Cache liên kết toàn bộ, vì logic điều khiển của nó đơn giản hơn. Vì điều đó mà phương pháp này được sử dụng nhiều ngày nay, mặc dù nó cung cấp hiệu suất thấp hơn so với cách liên kết toàn bộ.

Rõ ràng chúng ta vẫn có một số lượng hạn chế các khe bên trong mỗi một tập Cache nhớ đối với mỗi một khối nhớ - 4 trên cấu hình 4 dòng. Sau khi 4 khe này được sử dụng, bộ điều khiển Cache sẽ phải giải phóng một trong số chúng để lưu chỉ lệnh kế tiếp đã được nạp từ cùng khối nhớ.

Khi chúng ta tăng số dòng thì Cache nhớ tập liên kết (ví dụ với cấu hình 4 hoặc sẽ có nhiều khe có sẵn hơn trên mỗi tập, tuy nhiên nếu giữ nguyên số lượng của Cache nhớ thì kích thước của mỗi khối nhớ cũng sẽ tăng. Tiếp tục ví dụ của chúng ta, việc chuyển từ 4 dòng sang 8 dòng sẽ làm cho bộ nhớ 1GB RAM có thể được chia thành 1.024 khối 1MB. Vì vậy cách làm này sẽ tăng số khe có sẵn trên mỗi một tập nhưng mỗi tập lúc này phải chịu trách nhiệm với một khối nhớ lớn hơn.

Có rất nhiều thảo luận trừu tượng liên quan đến việc cân bằng hoàn hảo giữa số các tập và kích thước khối nhớ và tất cả đều chưa có câu trả lời thích đáng - Intel và AMD cũng sử dụng các cấu hình khác nhau, bạn có thể xem trong bảng bên dưới.

Vậy điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có một Cache nhớ lớn? Vẫn giữ ví dụ ở trên, nếu chúng ta tăng Cache nhớ L2 từ 512 KB thành 1MB (chỉ có một cách thực hiện là thay thế một CPU mới), thì điều xảy ra là chúng ta sẽ có 16.384 dòng 64 byte trong Cache nhớ, điều đó cho chúng ta có đến 4.096 tập và mỗi tập có 4 dòng. Bộ nhớ 1MB RAM của chúng ta sẽ được chia thành 4.096 khối 256MB. Vì vậy về cơ bản những gì xảy ra là kích thước của mỗi khối nhớ giảm hơn và tăng số lần dữ liệu được yêu cầu nằm bên trong Cache nhớ - hay nói cách khác, tăng kích thước Cache sẽ làm giảm được tốc độ miss đối với Cache.

Tuy vậy, việc tăng Cache nhớ không phải là điều bảo đảm cho việc tăng hiệu suất. Tăng kích thước của bộ nhớ Cache chỉ cho phép có nhiều hơn dữ liệu được lưu trữ nhưng một câu hỏi đặt ra là liệu CPU sẽ sử dụng dữ liệu mở rộng đó hay không. Ví dụ, cho một CPU một lõi có Cache L2 4MB. Nếu CPU sử dụng nghiêng về 1MB là chủ yếu còn không quá nặng về phía 3MB kia (nghĩa là hầu hết các chỉ lệnh đã truy cập sẽ chiếm 1MB và trên 3 MB kia CPU đã chứa các chỉ lệnh không được gọi đến nhiều), lúc này CPU sẽ có hiệu suất giống với một CPU chỉ có 2 MB hoặc thậm chí Cache nhớ L2 1MB.

Cấu hình Cache nhớ trên các CPU hiện nay

Dưới đây chúng tôi trình bày cho các bạn một bản tham chiếu gồm có các chi tiết kỹ thuật của Cache nhớ đối với các CPU hiện đang có trên thị trường
CPU Cache chỉ lệnh L1 Cache dữ liệu L1 L2 Cache L2 Athlon 64 64 KB
Tập liên kết 2 dòng

Mỗi dòng 64 byte

Đường dữ liệu 128 – bit cho L2

Đường dữ liệu 128 – bit cho khối tìm nạp 64 KB

Tập liên kết 2 dòng

Mỗi dòng 64 byte

Đường dữ liệu 128 – bit cho L2512 KB hoặc 1 MB

Tập liên kết 16 dòng

Mỗi dòng 64byte

Đường dữ liệu 128 – bit cho Cache dữ liệu L1

Đường dữ liệu 128 – bit cho Cache chỉ lệnh L1
Athlon 64 FX 64KB trên mỗi lõi

Tập liên kết 2 dòng

Mỗi dòng 64 byte

Đường dữ liệu 128 – bit cho L2

Đường dữ liệu 128 – bit cho khối tìm nạp 64KB trên mỗi lõi

Tập liên kết 2 dòng

Mỗi dòng 64byte

Đường dữ liệu 128 – bit cho Cache L2 1MB trên mỗi lõi

Tập liên kết 16 dòng

Mỗi dòng 64byte

Đường dữ liệu 128 – bit cho Cache dữ liệu L1

Đường dữ liệu 128 – bit cho Cache chỉ lệnh L1 Athlon 64 X2 64KB trên mỗi lõi

Tập liên kết 2 dòng

Mỗi dòng 64 byte

Đường dữ liệu 128 – bit cho L2

Đường dữ liệu 128 – bit cho khối tìm nạp 64KB trên mỗi lõi

Tập liên kết 2 dòng

Mỗi dòng 64byte

Đường dữ liệu 128 – bit cho Cache L2 512KB hoặc 1MB trên mỗi lõi

Tập liên kết 16 dòng

Mỗi dòng 64byte

Đường dữ liệu 128 – bit cho Cache dữ liệu L1

Đường dữ liệu 128 – bit cho Cache chỉ lệnh L1 Sempron (sockets 754 and AM2) 64KB

Tập liên kết 2 dòng

Mỗi dòng 64 byte

Đường dữ liệu 128 – bit cho L2

Đường dữ liệu 128 – bit cho khối tìm nạp 64KB trên mỗi lõi

Tập liên kết 2 dòng

Mỗi dòng 64byte

Đường dữ liệu 128 – bit cho Cache L2 128 KB hoặc 256 KB

Tập liên kết 16 dòng

Mỗi dòng 64byte

Đường dữ liệu 128 – bit cho Cache dữ liệu L1

Đường dữ liệu 128 – bit cho Cache chỉ lệnh L1 Opteron 64KB trên mỗi lõi

Tập liên kết 2 dòngĐường dữ liệu 128 – bit cho L2

Đường dữ liệu 128 – bit cho khối tìm nạp 64KB trên mỗi lõi Tập liên kết 2 dòng

Mỗi dòng 64byte

Đường dữ liệu 128 – bit cho Cache L2 1MB trên mỗi lõi

Tập liên kết 16 dòng

Mỗi dòng 64byte

Đường dữ liệu 128 – bit cho Cache dữ liệu L1

Đường dữ liệu 128 – bit cho Cache chỉ lệnh L1 Pentium 4 N/A * 8KB

Tập liên kết 4 dòng

Mỗi dòng 64byte

Đường dữ liệu 256 – bit cho Cache L2 256 KB, 512 MB hoặc 1 MBTập liên kết 16 dòng

Mỗi dòng 128 byte

Đường dữ liệu 64 – bit cho khối tìm nạp

Đường dữ liệu 256 – bit cho Cache dữ liệu L1 Pentium D N/A * 16KB

Tập liên kết 4 dòng

Mỗi dòng 64byte

Đường dữ liệu 256 – bit cho Cache L2 1 MB hoặc 2 MB trên mỗi lõi

Tập liên kết 8 dòng

Mỗi dòng 128 byte

Đường dữ liệu 64 – bit cho khối tìm nạp

Đường dữ liệu 256 – bit cho Cache dữ liệu L1 Core 2 Duo 32 KB

Mỗi dòng 64 byte

Đường dữ liệu 256 – bit cho khối tìm nạp
32 KB

Mỗi dòng 64 byte

Đường dữ liệu 256 – bit cho Cache L2 2 MB hoặc 4 MB

Tập liên kết 8 dòng

Mỗi dòng 64 byte

Đường dữ liệu 256 – bit cho Cache dữ liệu L1 Pentium Dual Core 32 KB

Mỗi dòng 64 byte

Đường dữ liệu 256 – bit cho khối tìm nạp 32 KB

Mỗi dòng 64 byte

Đường dữ liệu 256 – bit cho Cache L2 1MB

Tập liên kết 8 dòng

Mỗi dòng 64 byte


Đường dữ liệu 256 – bit cho Cache dữ liệu L1
*N/A: Có Cache lần vết 150 KB trên mỗi bộ vi xử lý. Cache này được đặt giữa khối giải mã và khối thực thi. Như vậy khối tìm nạp sẽ lấy dữ liệu trực tiếp từ Cache nhớ L2.

Các bộ vi xử lý Xeon và Celeron trong bảng trên vì có một số mô hình của Xeon và Celeron khác được dựa trên các kiến trúc khác. Xeon và Celeron được xây dựng trên kiến trúc Netburst (nghĩa là dựa trên kiến trúc Pentium 4) sẽ có các chỉ tiêu kỹ thuật tương tự như Pentium 4 nhưng có kích thước Cache L2 khác đôi chút, còn Celeron và Xeon được xây dựng trên kiến trúc Core (nghĩa là dựa trên Core 2 Duo) sẽ có các chi tiết kỹ thuật giống với Core 2 Duo nhưng có kích thước Cache L2 khác

System memory: khi ta nói đến "memory" thì có lẽ hơi mơ hồ và khó hiểu cho rất nhiều bạn, nhất là những bạn chưa có quen biết vi cấu trúc máy tính nhiều. Thực ra từ memory trong quá khứ được diễn tả như đại diện cho tất cả "vùng nhớ" trong computer ngoại trừ CPU. Ðó là trong quá khứ khi mà vi tính chưa phát triễn mạnh mẽ, chứ nếu dùng từ memory mà đề cập trong những thế hệ máy tính hiện nay thì danh từ nầy hoàn toàn mù mờ và không chích xác diễn tả các bộ phận trong máy vi tính nửa. Chúng ta có RAM, ROM, DRAM, SRRAM, DDR SDRAM... Ðể tránh sự lẫn lộn, tôi xin phép diễn tả ngắn gọn về memory và các thuật ngữ liên quan để bạn hiểu rõ.

cache L1, L2, bộ nhớ RAM, ROM?

Lãng khách thấy nhiều bạn chỉ quan tâm đến RAM mà không chú ý đến sự khác biệt của cache L1, cache L2, L3,... Nội dung dưới đây sẽ đưa chúng ta đi tìm hiểu sâu hơn các giá trị và thuật ngữ này,...

Thuật ngữ L1 cache, L2 cache là tên gọi của vùng nhớ đệm – nơi lưu trữ các dữ liệu nằm chờ các ứng dụng hay phần cứng xử lý. Mục đích của nó là để tăng tốc độ xử lý, nó giống như một trạm trung chuyển hay cảng tập kết hàng hoá.
Nói một cách bài bản, cache là một cơ chế lưu trữ tốc độ cao đặc biệt. Nó có thể là một vùng lưu trữ của bộ nhớ chính hay một thiết bị lưu trữ tốc độ cao độc lập.Có hai dạng lưu trữ cache được dùng phổ biến trong máy tính cá nhân là memory caching (bộ nhớ cache hay bộ nhớ truy xuất nhanh) và disk caching (bộ nhớ đệm đĩa).

* Memory cache: Đây là một khu vực bộ nhớ được tạo bằng bộ nhớ tĩnh (SRAM) có tốc độ cao nhưng đắt tiền thay vì bộ nhớ động (DRAM) có tốc độ thấp hơn và rẻ hơn, được dùng cho bộ nhớ chính. Cơ chế lưu trữ bộ nhớ cahce này rất có hiệu quả. Bởi lẽ, hầu hết các chương trình thực tế truy xuất lặp đi lặp lại cùng một dữ liệu hay các lệnh y chang nhau. Nhờ lưu trữ các thông tin này trong SRAM, máy tính sẽ khỏi phải truy xuất vào DRAM vốn chậm chạp hơn.Một số bộ nhớ cache được tích hợp vào trong kiến trúc của các bộ vi xử lý. Chẳng hạn, CPU Intel đời 80486 có bộ nhớ cache 8 KB, trong khi lên đời Pentium là 16 KB. Các bộ nhớ cache nội (internal cache) như thế gọi là Level 1 (L1) Cache (bộ nhớ đệm cấp 1). Các máy tính hiện đại hơn thì có thêm bộ nhớ cache ngoại (external cache) gọi là Level 2 (L2) Cache (bộ nhớ đệm cấp 2). Các cache này nằm giữa CPU và bộ nhớ hệ thống DRAM. Sau này, do nhu cầu xử lý nặng hơn và với tốc độ nhanh hơn, các máy chủ (server), máy trạm (workstation) và mới đây là CPU Pentium 4 Extreme Edition được tăng cường thêm bộ nhớ đệm L3 Cache.

* Disk cache: Bộ nhớ đệm đĩa cũng hoạt động cùng nguyên tắc với bộ nhớ cache, nhưng thay vì dùng SRAM tốc độ cao, nó lại sử dụng ngay bộ nhớ chính. Các dữ liệu được truy xuất gần đây nhất từ đĩa cứng sẽ được lưu trữ trong một buffer (phần đệm) của bộ nhớ. Khi chương trình nào cần truy xuất dữ liệu từ ổ đĩa, nó sẽ kiểm tra trước tiên trong bộ nhớ đệm đĩa xem dữ liệu mình cần đang có sẵn không. Cơ chế bộ nhớ đệm đĩa này có công dụng cải thiện một cách đáng ngạc nhiên sức mạnh và tốc độ của hệ thống. Bởi lẽ, việc truy xuất 1 byte dữ liệu trong bộ nhớ RAM có thể nhanh hơn hàng ngàn lần nếu truy xuất từ một ổ đĩa cứng. Sẵn đây, xin nói thêm, người ta dùng thuật ngữ cache hit để chỉ việc dữ liệu được tìm thấy trong cache. Và hiệu năng của một cache được tính bằng hit rate (tốc độ tìm thấy dữ liệu trong cache). Trở lại chuyện bộ nhớ cache. Hồi thời Pentium đổ về trước, bộ nhớ cache nằm trên mainboard và một số mainboard có chừa sẵn socket để người dùng có thể gắn thêm cache khi có nhu cầu. Tới thế hệ Pentium II, Intel phát triển được công nghệ đưa bộ nhớ cache vào khối CPU. Nhờ nằm chung như vậy, tốc độ truy xuất cache tăng lên rõ rệt so với khi nó nằm trên mainboard. Nhưng do L2 Cache vẫn phải ở ngoài nhân CPU nên Intel phải chế ra một bo mạch gắn cả nhân CPU lẫn L2 Cache. Và thế là CPU có hình dạng to đùng như một cái hộp (gọi là cartridge) và được gắn vào mainboard qua giao diện slot (khe cắm), Slot 1. Tốc độ truy xuất cache lúc đó chỉ bằng phân nửa tốc độ CPU. Thí dụ, CPU 266 MHz chỉ có tốc độ L2 Cache là 133 MHz. Sang Pentium III cũng vậy. Mãi cho tới thế hệ Pentium III Coppermine (công nghệ 0.18-micron), Intel mới thành công trong việc tích hợp ngay L2 Cache vào nhân chip (gọi là on-die cache). Lúc đó, tốc độ L2 Cache bằng với tốc độ CPU và con CPU được thu gọn lại, đóng gói với giao diện Socket 370.

Như đã nói, dung lượng của Cache CPU rất quan trọng. Phổ biến nhất là L2 Cache là một chip nhớ nằm giữa L1 Cache ngay trên nhân CPU và bộ nhớ hệ thống. Khi CPU xử lý, L1 Cache sẽ tiến hành kiểm tra L2 Cache xem có dữ liệu mình cần không trước khi truy cập vào bộ nhớ hệ thống. Vì thế, bộ nhớ đệm càng lớn, CPU càng xử lý nhanh hơn. Đó là lý do mà Intel bên cạnh việc tăng xung nhịp cho nhân chíp, còn chú ý tới việc tăng dung lượng bộ nhớ Cache. Do giá rất đắt, nên dung lượng Cache không thể tăng ồ ạt được. Bộ nhớ cache chính L1 Cache vẫn chỉ ở mức từ 8 tới 32 KB. Trong khi, L2 Cache thì được đẩy lên dần tới hiện nay cao nhất là Pentium M Dothan 2 MB (cho máy tính xách tay) và Pentium 4 Prescott 1 MB (máy để bàn). Riêng dòng CPU dành cho dân chơi game và dân multimedia “prồ” là Pentium 4 Extreme Edition còn được bổ sung L3 Cache với dung lượng 2 MB. Đây cũng là CPU để bàn có tổng bộ nhớ cache lớn nhất (L1: 8 KB, L2: 512 KB, L3: 2 MB).

SGRAM(SynchronousGraphicRAM)
Là sản phẩm cải tiến của VRAM mà ra, đơn giản nó sẽ đọc và viết từng block thay vì từng mảng nhỏ. FlashMemory:Là sản phẩm kết hợp giữa RAM và harddisk. Có nghĩa là Flashmemory có thể chạy lệnh như SDRAM mà vẫn lưu trữ được data khipoweroff. PC66,PC100,PC133,PC1600,PC2100,PC2400.... Chắc khi mua sắm RAM bạn sẽ thấy họ đề cập đến những từ như trên: PC66,100,133MHz thì bạn có thể hiểu đó là tốc độ của hệ thống chipset của motherboard. Nhưng PC1600,PC2100,PC2400 thì có vẻ hơi... cao và quái lạ!Thực ra những từ nầy ra đời khi kỹ thuật Rambus phát triển. Ðặt điểm của loại motherboard nầy là dùng loại DDRSDRAM.(DoubleDataRateSynchronousDynamicRAM).Như đã đề cập ở phần trên, DDRSDRAM sẽ chạy gấp đôi (trênlýthuyết)loại RAM bình thường vì nó dùng cả risingandfallingedge của systemclock. Cho nên PC100 bình thường sẽ thành PC200 và nhân lên 8bytes chiều rộng của DDRSDRAM:PC200*8=PC1600. Tương tự PC133 sẽ là PC133*2*8by=CP2400. [justify]

Sensory menmory

Cảm giác nhớ tương ứng với khoảng 200-500 phần nghìn giây ban đầu sau khi một mục được cảm nhận. Khả năng nhìn vào một mục, và ghi nhớ những gì nó trông giống như thứ hai chỉ là một quan sát, hoặc học thuộc lòng, là một ví dụ về bộ nhớ cảm giác. Với các bài thuyết trình rất ngắn, những người tham gia thường xuyên báo cáo rằng họ có vẻ để "xem" nhiều hơn họ thực sự có thể báo cáo. Các thí nghiệm đầu tiên khám phá này dưới hình thức bộ nhớ cảm giác được thực hiện bởi George Sperling (1960) bằng cách sử dụng "mô hình báo cáo từng phần ". Đối tượng đã được trình bày với một mạng lưới của 12 chữ cái, được sắp xếp thành ba hàng bốn. Sau khi trình bày tóm tắt, các đối tượng sau đó được đóng hoặc là một giai điệu, cao trung bình hoặc thấp, cuing các hàng báo cáo . Dựa trên những thí nghiệm này báo cáo một phần, Sperling đã có thể cho thấy rằng dung lượng bộ nhớ cảm giác được khoảng 12 bài, nhưng nó xuống cấp rất nhanh chóng (trong vòng một vài trăm mili giây). Bởi vì hình thức bộ nhớ làm giảm một cách nhanh chóng, những người tham gia sẽ thấy màn hình hiển thị, nhưng không thể báo cáo tất cả các mục (12 thủ tục "toàn bộ báo cáo") trước khi chúng bị hư hỏng. Đây là loại bộ nhớ có thể không được kéo dài qua diễn tập .