Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


”величение производительности кэш-пам€ти




‘ормула дл€ среднего времени доступа к пам€ти в системах с кэш-пам€тью выгл€дит следующим образом:

—реднее врем€ доступа = ¬рем€ обращени€ при попадании + ƒол€ промахов x ѕотери при промахе

Ёта формула нагл€дно показывает пути оптимизации работы кэш-пам€ти: сокращение доли промахов, сокращение потерь при промахе, а также сокращение времени обращени€ к кэш-пам€ти при попадании. Ќиже на рис. 7.3 кратко представлены различные методы, которые используютс€ в насто€щее врем€ дл€ увеличени€ производительности кэш-пам€ти. »спользование тех или иных методов определ€етс€ прежде всего целью разработки, при этом конструкторы современных компьютеров забот€тс€ о том, чтобы система оказалась сбалансированной по всем параметрам.

ћетод ƒол€ промахов ѕотери при промахе¬рем€ обраще-ни€ при попадании—лож-ность аппаратурыѕримечани€
”величение размера блока + -0
ѕовышение степени ассоциативности + -1
 эш-пам€ть с вспомогательным кэшем +  
ѕсевдоассоциативные кэши +  
јппаратна€ предварительна€ выборка команд и данных + 2ѕредварительна€ выборка данных затруднена
ѕредварительна€ выборка под управлением компил€тора + 3“ребует также неблокируемой кэш-пам€ти
—пециальные методы дл€ уменьшени€ промахов + 0¬опрос ѕќ
”становка приоритетов промахов по чтению над запис€ми   + 1ѕросто дл€ однопроцессорных систем
»спользование подблоков   ++1—квозна€ запись + подблок на 1 слово помогают запис€м
ѕересылка требуемого слова первым   +
Ќеблокируемые кэши   +
 эши второго уровн€   + 2ƒостаточно дорогое оборудование
ѕростые кэши малого размера - +0
ќбход преобразовани€ адресов во врем€ индексации кэш-пам€ти   +2
 онвейеризаци€ операций записи дл€ быстрого попадани€ при записи   +1

–ис. 7.3. ќбобщение методов оптимизации кэш-пам€ти

ѕринципы организации основной пам€ти в современных компьютерах

ќбщие положени€

ќсновна€ пам€ть представл€ет собой следующий уровень иерархии пам€ти. ќсновна€ пам€ть удовлетвор€ет запросы кэш-пам€ти и служит в качестве интерфейса ввода/вывода, поскольку €вл€етс€ местом назначени€ дл€ ввода и источником дл€ вывода. ƒл€ оценки производительности основной пам€ти используютс€ два основных параметра: задержка и полоса пропускани€. “радиционно задержка основной пам€ти имеет отношение к кэш-пам€ти, а полоса пропускани€ или пропускна€ способность относитс€ к вводу/выводу. ¬ св€зи с ростом попул€рности кэш-пам€ти второго уровн€ и увеличением размеров блоков у такой кэш-пам€ти, полоса пропускани€ основной пам€ти становитс€ важной также и дл€ кэш-пам€ти.

«адержка пам€ти традиционно оцениваетс€ двум€ параметрами: временем доступа (access time) и длительностью цикла пам€ти (cycle time). ¬рем€ доступа представл€ет собой промежуток времени между выдачей запроса на чтение и моментом поступлени€ запрошенного слова из пам€ти. ƒлительность цикла пам€ти определ€етс€ минимальным временем между двум€ последовательными обращени€ми к пам€ти.

ќсновна€ пам€ть современных компьютеров реализуетс€ на микросхемах статических и динамических «”ѕ¬ («апоминающее ”стройство с ѕроизвольной ¬ыборкой). ћикросхемы статических «”¬ѕ (—«”ѕ¬) имеют меньшее врем€ доступа и не требуют циклов регенерации. ћикросхемы динамических «”ѕ¬ (ƒ«”ѕ¬) характеризуютс€ большей емкостью и меньшей стоимостью, но требуют схем регенерации и имеют значительно большее врем€ доступа.

¬ процессе развити€ ƒ«”¬ѕ с ростом их емкости основным вопросом стоимости таких микросхем был вопрос о количестве адресных линий и стоимости соответствующего корпуса. ¬ те годы было прин€то решение о необходимости мультиплексировани€ адресных линий, позволившее сократить наполовину количество контактов корпуса, необходимых дл€ передачи адреса. ѕоэтому обращение к ƒ«”¬ѕ обычно происходит в два этапа: первый этап начинаетс€ с выдачи сигнала RAS - row-access strobe (строб адреса строки), который фиксирует в микросхеме поступивший адрес строки, второй этап включает переключение адреса дл€ указани€ адреса столбца и подачу сигнала CAS - column-access stobe (строб адреса столбца), который фиксирует этот адрес и разрешает работу выходных буферов микросхемы. Ќазвани€ этих сигналов св€заны с внутренней организацией микросхемы, котора€ как правило представл€ет собой пр€моугольную матрицу, к элементам которой можно адресоватьс€ с помощью указани€ адреса строки и адреса столбца.

ƒополнительным требованием организации ƒ«”¬ѕ €вл€етс€ необходимость периодической регенерации ее состо€ни€. ѕри этом все биты в строке могут регенерироватьс€ одновременно, например, путем чтени€ этой строки. ѕоэтому ко всем строкам всех микросхем ƒ«”ѕ¬ основной пам€ти компьютера должны производитьс€ периодические обращени€ в пределах определенного временного интервала пор€дка 8 миллисекунд.

Ёто требование кроме всего прочего означает, что система основной пам€ти компьютера оказываетс€ иногда недоступной процессору, так как она вынуждена рассылать сигналы регенерации каждой микросхеме. –азработчики ƒ«”ѕ¬ стараютс€ поддерживать врем€, затрачиваемое на регенерацию, на уровне менее 5% общего времени. ќбычно контроллеры пам€ти включают в свой состав аппаратуру дл€ периодической регенерации ƒ«”ѕ¬.

¬ отличие от динамических, статические «”ѕ¬ не требуют регенерации и врем€ доступа к ним совпадает с длительностью цикла. ƒл€ микросхем, использующих примерно одну и ту же технологию, емкость ƒ«”¬ѕ по грубым оценкам в 4 - 8 раз превышает емкость —«”ѕ¬, но последние имеют в 8 - 16 раз меньшую длительность цикла и большую стоимость. ѕо этим причинам в основной пам€ти практически любого компьютера, проданного после 1975 года, использовались полупроводниковые микросхемы ƒ«”ѕ¬ (дл€ построени€ кэш-пам€ти при этом примен€лись —«”ѕ¬). ≈стественно были и исключени€, например, в оперативной пам€ти суперкомпьютеров компании Cray Research использовались микросхемы —«”ѕ¬.

ƒл€ обеспечени€ сбалансированности системы с ростом скорости процессоров должна линейно расти и емкость основной пам€ти. ¬ последние годы емкость микросхем динамической пам€ти учетвер€лась каждые три года, увеличива€сь примерно на 60% в год.   сожалению скорость этих схем за этот же период росла гораздо меньшими темпами (примерно на 7% в год). ¬ то же врем€ производительность процессоров начина€ с 1987 года практически увеличивалась на 50% в год. Ќа рис. 7.4 представлены основные временные параметры различных поколений ƒ«”ѕ¬.

√од по€влени€ ≈мкость кристалла ƒлительность RAS ƒлительность CAS ¬рем€ циклаќптими-зированный режим
    max min
1980 1983 1986 1989 1992 1995? 64  бит 256  бит 1 ћбит 4 ћбит 16 ћбит 64 ћбит 180 нс 150 нс 120 нс 100 нс 80 нс 65 нс 150 нс 120 нс 100 нс 80 нс 60 нс 45 нс75 нс 50 нс 25 нс 20 нс 15 нс 10 нс250 нс 220 нс 190 нс 165 нс 120 нс 100 нс150 нс 100 нс 50 нс 40 нс 30 нс 20 нс

–ис. 7.4. ¬ременные параметры ƒ«”ѕ¬ (в последней строке приведены ожидаемые параметры)

ќчевидно, согласование производительности современных процессоров со скоростью основной пам€ти вычислительных систем остаетс€ на сегодн€шний день одной из важнейших проблем. ѕриведенные в предыдущем разделе методы повышени€ производительности за счет увеличени€ размеров кэш-пам€ти и введени€ многоуровневой организации кэш-пам€ти могут оказатьс€ не достаточно эффективными с точки зрени€ стоимости систем. ѕоэтому важным направлением современных разработок €вл€ютс€ методы повышени€ полосы пропускани€ или пропускной способности пам€ти за счет ее организации, включа€ специальные методы организации ƒ«”ѕ¬.

’от€ дл€ организации кэш-пам€ти в большей степени важно уменьшение задержки пам€ти, чем увеличение полосы пропускани€. ќднако при увеличении полосы пропускани€ пам€ти возможно увеличение размера блоков кэш-пам€ти без заметного увеличени€ потерь при промахах.

ќсновными методами увеличени€ полосы пропускани€ пам€ти €вл€ютс€: увеличение разр€дности или "ширины" пам€ти, использование расслоени€ пам€ти, использование независимых банков пам€ти, обеспечение режима бесконфликтного обращени€ к банкам пам€ти, использование специальных режимов работы динамических микросхем пам€ти.





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-05-08; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1015 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ћюди избавились бы от половины своих непри€тностей, если бы договорились о значении слов. © –ене ƒекарт
==> читать все изречени€...

2257 - | 2063 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.012 с.