系统结构-ch5.ppt-chapter5memoryhierarchydesign.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 6、虚拟存储(RAM - Disk)的原理 内部地址映射：虚拟地址 转变成内部地址 3种存储管理方式：段式，页式，段页式 提高内部地址变换速度的方法：快表 + 慢表，采用Hash函数； 页面替换算法：Random， FIFO，LRU，OPT 命中率的影响因素：程序页地址流分布，页面替换算法；页面的大小；主存容量；页面调度算法 本章作业：1，2，3，4，5，7，8，9，10，11，12，13，14 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 假设：在下面的讨论中，假设基本存储器结构的性能为： 送地址需要4个时钟周期 每个字的访问时间为24个时钟周期 传送一个字（32位）的数据需4个时钟周期 如果Cache块大小为4个字，则： 失效开销为4×（4＋24＋4）＝128个时钟周期 ? 5.6.1 如何提高存储器的访问效率 方法1要点： 增加CPU和存储器之间连接通路的宽度 增加一个多路选择器 写入有可能变得复杂 举例：DEC的Alpha Axp21064：256位宽 ? 5.6.1 如何提高存储器的访问效率 方法2：采用简单的多体交叉存储器 在存储系统中采用多个DRAM，并利用它们潜在的并行性。 存储器的各个体一般是按字交叉的交叉存储器（interleaved memory） 通常是指存储器的各个体是按字交叉的 字交叉存储器非常适合于处理： Cache读失效，写回法Cache中的写回 ? 5.6.1 如何提高存储器的访问效率 ? 5.6.1 如何提高存储器的访问效率 假设四个存储体的地址是在字一级交叉的，即存储 体0中每个字的地址对4取模都是0，体1中每个字的地址 对4取模都是1，依此类推。 0 4 8 12 地址 体0 1 5 9 13 地址 体1 2 6 10 14 地址 体2 3 7 11 15 地址 体3 ? 5.6.1 如何提高存储器的访问效率 例5.14 假设某台计算机的特性及其Cache的性能为： (1) 块大小为1个字； (2) 存储器总线宽度为1个字； (3) Cache失效率为3%； (4) 平均每条指令访存1.2次； (5) Cache失效开销为32个时钟周期； (6)平均CPI（忽略Cache失效）为2。 试问多体交叉和增加存储器宽度对提高性能各有何作用？ 如果当把Cache块大小变为2个字时，失效率降为2%；块大小变为4个字时，失效率降为1%。根据前面给出的访问时间，求在采用2路、4路多体交叉存取以及将存储器和总线宽度增加一倍时，性能分别提高多少？ ? 5.6.1 如何提高存储器的访问效率 解：在改变前的计算机中，Cache块大小为一个字， 其CPI为：2＋（1.2×3%×32） = 3.15 当将块大小增加为2个字时，在下面三种情况下的CPI分别为： 32位总线和存储器，不采用多体交叉： 2＋（1.2×2%×2×32） ＝ 3.54 32位总线和存储器，采用多体交叉： 2＋1.2×2%×（4＋24＋8）＝ 2.86 64位总线和存储器，不采用多体交叉： 2＋（1.2×2%×1×32） = 2.77 ? 5.6.1 如何提高存储器的访问效率 将块大小增加到4个字，可以得到以下数据： 32位总线和存储器，不采用多体交叉： 2＋（1.2×1%×4×32） ＝ 3.54 32位总线和存储器，采用多体交叉： 2＋1.2×1%×（4＋24＋16）＝ 2.53 64位总线和存储器，不采用多体交叉： 2＋（1.2×1%×2×32） = 2.77 存储器中应该含有多少个体呢？ 向量计算机采用以下衡量标准： 体的数目 ≥ 访问体中一个字所需的时钟周期数 存储系统的设计目标：对于顺序访问，每个时钟周期都能从一个存储体中送出一个数据。 5.6.3 虚拟存储器 背景：1961年由英国曼彻斯特大学的Kitbrn等人提出的，其目的主要是解决主存容量不足的问题。 和操作系统中讲到“存储管理”不同的是，本课程主要阐述虚拟存储的原理。 1）Princip