高等计算机系统结构教学教材.ppt

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1、高等计算机系统结构削减处理器-存储器性能差距处理器面积比晶体管数比(成本)(功率)Alpha2116437%77%StrongArmSA11061%94%PentiumPro64%88%每个封装体两个2芯片(dies)：Proc/I$/D$+L2$Cache本身并没有特殊的内在意义，它仅是缩小处理器-存储器之间性能差距的一种手段Alpha微处理器Timeofafullcachemissininstructionsexecuted:1stAlpha:340ns/5.0ns=68clksx2or1362ndAlpha:266ns/3.

2、3ns=80clksx4or3203rdAlpha:180ns/1.7ns=108clksx6or6481/2Xlatencyx3Xclockratex3XInstr/clock?X存储层次设计的四个问题Q1:信息块可以放在高层的哪里？(Blockplacement)全相联、组相联、直接映射Q2:如果信息块在高层，那么如何找到它？(Blockidentification)标记/信息块Q3:在失效时，应该替换掉哪个信息块？(Blockreplacement)随机、LRU、FIFOQ4:在写操作时，会发生什么情况(Writestra

3、tegy)回写（WriteBack）或直写（WriteThrough）(使用写缓冲器)Cache性能CPUtime=(CPUexecutionclockcycles+Memorystallclockcycles)clockcycletimeMemorystallclockcycles=(ReadsReadmissrateReadmisspenalty+WritesWritemissrateWritemisspenalty)Memorystallclockcycles=MemoryaccessesMissrateMi

4、sspenaltyCache性能（续）CPUtime=InstructionCount(CPIexecution+MemaccessesperinstructionMissrateMisspenalty)ClockcycletimeMissesperinstruction=MemoryaccessesperinstructionMissrateCPUtime=IC(CPIexecution+MissesperinstructionMisspenalty)ClockcycletimeMemorystallcycles

5、perinstruction=Missesperinstruction(Totalmisslatency–Overlappedmisslatency)AverageMemoryaccesstime=Hittime+MissrateMisspenalty改进Cache性能AverageMemoryaccesstime=Hittime+MissrateMisspenalty1.降低失效率2.降低失效损失，或者3.减少在cache中命中的时间降低失效对失效进行分类：3CsCompulsory第一次访问一个不在cache中的数据块，

6、该块必须被调入。也称为coldstartmisseso或firstreferencemisses。(即使Cache无穷大，也会失效)Capacity在程序执行中，cache不能存放其所需的所有数据块，就会先放弃一些块然后再找回，这就出现了capacitymisses。（有限大小的全相联Cache也会出现的失效)Conflict如果采用组相联或直接映射的策略，除了义务失效和容量失效，还会因为有太多块要同时映射到同一组中，就会先放弃一些块然后再找回，这就出现了conflictmisses。也称为collisionmisses或inte

7、rferencemisses。(有限大小的N路组相联Cache中出现的失效)3Cs的绝对失效率(SPEC92)Conflict义务失效率非常低2:1Cache规律Conflictmissrate1-wayassociativecachesizeX=missrate2-wayassociativecachesizeX/23Cs的相对失效率ConflictFlaws:forfixedblocksizeGood:insight=>invention如何能减少失效?3Cs:Compulsory,Capacity,Conflict在所有情

8、况，假设总的cache大小不变：在下列情况，会发生什么变化：1)改变块大小：3Cs中哪些失效会受到明显影响?2)改变相联度：3Cs中哪些失效会受到明显影响?3)改变编译器:3Cs中哪些失效会受到明显影响?1.通过增大块大小来减少失效2.通过增大相