计算机组织与糸统结构 高速缓冲存储器系统 Cache System (第十八讲 程旭 2000.65 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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典型的SRAM定时 words WEL X Mbit OE L SRAM D Write Timing: Read Timing D_X Data In _X High zX Garbage X_Data QutxJunk XData Out Write Address X- Junk X Read Address X Read address- OE L WE L rite Read access Read access Hold Time Time Time Write Setup Time 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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快速页模式操作 列地址 N列 m快速页模式DRAM NXMSRAM来保存行 DRAM行地址 一在读取一行到寄存器后 Z 仅仅需要CAS来访问该行中的其 他M位存储块 NXMSRAMI 在RASL保持有效 while M位输出 M位 CAs_ L is toggled 第一个M位访问第二个M位访问第三个M位访问第四个M位访问 RAS L CAS L △( w Address Col Address x col address x col Address x( Col Address x二 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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使用 Cache的动机 存储器系统 处理器 Cache DRAM 动机: ·容量大的存储器⊙DRAM)速度慢 ·容量小的存储器SRAM)速度快 通过如下策略,使得平均访问时间变小 在小量、高速的存储器中完成大多数访问 减少对大容量存储器的带宽需求 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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本讲提纲 复习存储层次和 Cache引论 进一步考察 Cache的操作 Cache写入策略和替换策略 SPARCstation20的存储系统 总结 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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存储系统的扩展图示 处理器 Memory Memory Memory 速度:最快 最慢 容量口最小 最大 每位成本口最高 最低 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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容量 存储层次的级另 访问时间 较高级别 成本 分民点较快 CPU寄存器 100s Bytes 寄存器堆 <10s ns 程序编译器 Cache 指令操作数1-8字节 K Bytes 10~100ns Cache 001~0001/bit Cache控制 块【( Blocks)8-128字节 主存 M Bytes 100ns-lus 存储器 操作系统 001~0001 页【( Pages)5124K字 磁盘 G Bytes 磁盘 毫秒 用户操作员 103-104美分 文件〔 Files) Mbytes 磁带 较大 无限 磁带 秒~分 较低级别 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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局部性原理 访问的可能性4 0 局部性原理: 地址空间 程序在一定的时间段内通常只会访问地址空间较小的部分 例如-10%的代码将耗费90%的程序执行时间 m两种不同类型的局部性: ·时间局部性〖 Temporal Locality■如果一个信息项正在 被访问—那么在近期她很可能还会被再次访问 ·空间局部性( Spatial Locality)在最近的将来将用到的信 息很可能与现在正在使用的信息在空间地址上是临近的 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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存储层次:工作原理 一在任何给定时间—数据只会在相邻两级之间拷贝 较高级( Cache):与处理器较近的层次 较小—较快,并且使用很昂贵的工艺实现 较低级(主存):与处理器较远的层次 较大。较慢,并且使用较便宜的工艺实现 数据块: 在两级存储层次中,要么出现,要么不出现的信息的最小单位 较低级 至处理器 存储器 存储器 (cache) (主存) X块 来自处理器 Y块 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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存储层次:参数 命中【(Hi)数据在较高层的某一块中出现〖(例如X块 命中率【( Hit Rate)■在较高层发现存储访问的比率 ·命中时间( Hit Time)访问在较高层命中数据的时间 RAM访问时间+确定命中/失效的时间 m失效【( Miss)■需要从较低层中的块中找回数据(Y块 ·失效率【 Miss Ratel)=1-(命中率) 失效损失〖(Mi! s Penalty)·替换较高层存储的一个数据块 的时间+将该块交付给处理器的时间 命中时间<失效损失 牧高 较低级 至处理器 存储器 存储器 (cache) (主存) X块 来自处理器 Y块 北京大学计算机科学技术系 系统结构教研室
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