第5章存储系统-2VIP免费

2.平均访问时间TATA＝TA1＋(1－H)TM或TA＝TA1＋FTMTA1──命中时间TM──失效开销CPU访存命中时，访问时间即为TA1。不命中时，在两级存储层次中，访问的字不在M1中，就必须从M2中把所请求的信息送入M1，传送时间为TB，则访问时间是TA2+TB＋TA1=TA1+TM。1.命中率H和失效率FH＝N1/(N1＋N2)N1──访问M1的次数N2──访问M2的次数失效率F＝1－H存储层次的四个问题当把一个块调入高一层(靠近CPU)存储器时，可以放在哪些位置上?(映象规则)当所要访问的块在高一层存储器中时，如何找到该块?(查找算法)3.当发生失效时，应替换哪一块？(替换算法)4.当进行写访问时，应进行哪些操作?(写策略)1.2.◆绝大多数计算机的Cache:n≤4想一想：相联度一定是越大越好？◆n路组相联：每组中有n个块(n＝M/G)n称为相联度。相联度越高，Cache空间的利用率就越高，块冲突概率就越低，失效率也就越低。全相联直接映象组相联n(路数)G(组数)MM111＜n＜M1＜G＜M3.2.1性能分析2.平均访问时间平均访问时间＝命中时间＋失效率×失效开销例假设Cache的命中时间为1个时钟周期，失效开销为50个时钟周期，在混合Cache中一次load或store操作访问Cache的命中时间都要增加一个时钟周期(因为混合Cache只有一个端口，无法同时满足两个请求。按照有关流水线的术语，混合Cache会导致结构冲突)，试问指令Cache和数据Cache容量均为16KB的分离Cache和容量为32KB的混合Cache相比，哪种Cache的失效率更低？又假设采用写直达策略，且有一个写缓冲器，并且忽略写缓冲器引起的等待。请问上述两种情况下平均访存时间各是多少？1.失效率混合Cache与分离Cache分离Cache平均失效率的计算：访问指令Cache的百分比×指令Cache的失效率＋访问数据Cache的百分比×数据Cache的失效率16KB容量1KB2KB4KB8KB32KB指令Cache3.06%失效率的比较64KB128KB数据Cache混合Cache2.26%1.78%1.10%0.64%0.39%0.15%0.02%24.61%20.57%15.94%10.19%6.47%4.82%3.77%2.88%13.34%9.78%7.24%4.57%2.87%1.99%1.36%0.95%解：如前所述，约75%的访存为取指令。因此，分离Cache的总体失效率为：(75%×0.64%)＋(25%×6.47%)＝2.10%根据上表，容量为32KB的混合Cache的失效率略低一些，只有1.99%.平均访存时间公式可以分为指令访问和数据访问两部分：平均访存时间＝指令所占的百分比×(指令命中时间＋指令失效率×失效开销)＋数据所占的百分比×(数据命中时间＋数据失效率×失效开销)所以，两种结构的平均访存时间分别为：平均访存时间分离＝75%×(1＋0.64%×50)＋25%×(1＋6.47%×50)＝(75%×1.32)＋(25%×4.325)＝0.990＋1.059＝2.05平均访存时间混合＝75%×(1＋1.99%×50)＋25%×(1＋1＋1.99%×50)＝(75%×1.995)＋(25%×2.995)＝1.496＋0.749＝2.243.程序执行时间CPU时间＝(CPU执行周期数＋存储器停顿周期数)×时钟周期时间其中，存储器停顿周期数＝访存次数×失效率×失效开销例5.2我们用一个和AlphaAXP类似的机器作为第一个例子。假设Cache失效开销为50个时钟周期，当不考虑存储器停顿时，所有指令的执行时间都是2.0个时钟周期，Cache的失效率为2%，平均每条指令访存1.33次。试分析Cache对性能的影响。CPU时间＝IC×[CPIexe＋每条指令的平均存储器停顿周期数]×时钟周期时间CPU时间＝IC×[CPIexe＋访存次数/指令数×失效率×失效开销]×时钟周期时间考虑Cache的失效后，性能为：CPU时间有cache＝IC×(2.0＋(1.33×2%×50))×时钟周期时间＝IC×3.33×时钟周期时间CPU时间＝IC×(CPIexe＋────────)×时钟周期时间存储器停顿周期数指令数解：实际CPI：3.333.33/2.0=1.67(倍)CPU时间也增加为原来的1.67倍。但若不采用Cache,则：CPI＝2.0+50×1.33＝68.5平均访存时间＝命中时间＋失效率×失效开销可以从三个方面改进Cache的性能：(1)降低失效率(2)减少失效开销(3)减少Cache命中时间下面介绍15种Cache优化技术3.2.2改进Cache性能(1)强制性失效(Compulsorymiss)当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需从下一级存储器中调入Cache，这就是强制性失效。(冷启动失效，首次访问失效。)(2)容量失效(Capacitymiss)如果程序执行时所需的块不能全部调入Cache中，则当某些块被...