Организация памяти

1. Организация памяти portal.sscc.ru/arch

2. Иерархия памяти Памятьслужит для хранения команд и данных, представленных в двоичном коде. Она представляет собой множество ячеек, каждая из которых хранит двоичное слово – число, закодированное последова-тельностью двоичных битов. Количество битов в каж-дом слове одинаково. Все ячейки памяти пронуме-рованы по порядку от 0 до N. Номер ячейки называ-ется адресом и служит для ее идентификации. Идея иерархической (многоуровневой) организации памяти заключается в использовании на одном компьютере нескольких уровней памяти. Основой для иерархической организации памяти служит принциплокальности ссылок во времени и в пространстве.

3. Принцип локальности ссылок • Локальность во временисостоит в том, что процессор многократно использует одни и те же команды и данные. • Локальность впространствесостоит в том, что если программе нужен доступ к слову с адресом A, то скорее всего, следующие ссылки будут к адресам, расположенным по близости с адресом A. Из свойства локальностиссылок следует, что втипичном вычис-лении обращения к памяти концентрируются вокруг небольшой области адресного пространства и более того, выборка идет по последовательным адресам. Время доступа к иерархически организованной памяти уменьшается благодаря следующему • сокращению количества обращений к ОП, • совмещению обработки текущего фрагмента программы и пересылки данных из основной памяти в буферную память.

4. Схема иерархического построения памяти

5. Зависимость времени вычисления некоторой функция от логических регистров для микропроцессора Alpha 21264

6. Интерливинг

7. Организация кэш-памяти Кэш-памятьэтовысокоскоростная память небольшeго размера. Она предназначена для временного хранения фрагментов кода и данных. Кэш-память охватывает всеадресноепространство ОП, но в отличие от ОП, она не адресуема и невиди-ма для программиста. Схема построения кэш-памяти • Кэш-память построена на принципе локальности ссылок во времени и в пространстве. • Кэш-контроллер загружает копии программного кода и данных из ОП в кэш-память блоками, равными размеру строки за один цикл чтения. Процессор читает из кэш-памяти по словам. • Кэш-контроллер перехватывает запросы процес- сора к основной памяти и проверяет, есть ли действительная копия информации в кэш-памяти.

8. Структура кэш-памяти

9. Организация кэш-памяти Когда контроллер выполняет поиск данных в памяти? • после фиксации промаха (сквозной просмотр). • одновременно с поиском блока в кэш-памяти, в случае кэш-попадания, обращение к оперативной памяти прерывается (отложенный просмотр).

10. Организация кэш-памяти Когда контроллер помещает данные в кэш- память? • Загрузка по требованию (on demand). • Спекулятивная загрузка (speculative load).Алгоритм предполагает помещать данные в кэш-память задолго до того, как к ним произойдет реальное обращение. У кэш-контроллера есть несколько алгоритмов, которые указывают, какие ячейки памяти потребуются процессору в ближайшее время.

11. Основные вопросы организации кэш-памяти • Алгоритм отображения адресов основной памяти в кэш-память. • Алгоритм записи данных и команд из кэш-памяти в основную память. • Алгоритм замещения строки в кэш-памяти. • Размер кэш-памяти. • Длина строки в кэш-памяти.

12. Алгоритмы отображения • Прямой (direct mapping). • Ассоциативный (full associativemapping). • Множественно-ассоциативный (set-associative mapping).

13. Отображение блока ОП на линию кэш-памяти i = j modulo m, i – номер линии кэш-памяти, j– номер блока ОП, m – линий в кэш-памяти кэш-линияблоки ОП 0 0, m, 2m,… 1 1, m+1, 2m+1,… m-1 m-1, 2m-1, 3m-1,…

14. Пример Block – 4 Bytes MM=16 Mbytes ( ) (4M blocks of 4bytes each) Cache = 64 Kbytes ( lines of 4bytes each) Word – 2 bits, line -14 bits, tag – 8 bits 000000, 010000, …, FF0000 0 000004,010004, …, FF0004 1

16. Пример «буксования» кэш-памяти (32 K) (cache trashing) double a[4096], b[4096], c[4096]; for(int i=0; i<4096; i++) c[i] = a[i]+b[i];