Laboration 2

More documents

Recommendations

Info

Laboration 2 Ange antalet adressbitar i tag-fältet för en fullt associativt avbildande cache med storleken 8 ord samt blockstorleken 1 ord om huvudminnets storlek är 64 kord. Svar: _____________________________________________________________________________________ ——————————————————————————————————— Slut på hemuppgift 2.3 Vi skall nu studera en direkt-avbildande cache genom att exekvera programmet example0. Uppgift 2.4 Gå ur simulatorn och starta den med det första programmet (cache example0). Peka på cachen och tryck på vänster musknapp. Du får då upp en popup-meny i vilken du väljer Change. Du kan nu välja cacheorganisation. Välj cache-storlek enligt uppgift 2.3. Välj blockstorlek 1 samt antal mängder så att cachen blir direkt-avbildande. Ändra dock inga andra fält. Stäng därefter fönstret med Close . I Cache-menyn väljer du nu Contents som skapar ett fönster i vilket du kan studera cacheinnehållet. ———————————————————————————————————— Slut på uppgift 2.4 Varje rad i cachen mostvarar ett block. Till varje block hör en statusbit V, en tag samt blockinnehållet. V biten (Valid) anger om blocket innehåller giltig data (jfr. med Figur 2.4). Uppgift 2.5 Gör nu reset och exekvera programmet stegvis genom att trycka på Step . Följ hela tiden med i programlistan så att du vet vilka instruktioner som exekveras. Fortsätt tills cachen fyllts. Tryck ytterligare en gång och notera noga vilket block som byts ut. Vilket block byts ut och varför Svar: _____________________________________________________________________________________ Vilken instruktion hämtades in i cachen Svar: _____________________________________________________________________________________ Fortsätt nu stegvis tills hela loopen ligger i cachen. Studera därefter cachens beteende genom att låta ett antal steg exekveras i halvfart. Detta gör du genom att skriva in ett antal (välj 32) i fältet No of steps. Tryck därefter på Visual . Cachen blinkar till vid träff och minnet vid miss. Det genereras två missar per varv i loopen. Vilka adresser motsvarar dessa Svar: _____________________________________________________________________________________ Varför genereras missar vid just dessa adresser Svar: _____________________________________________________________________________________ ———————————————————————————————————— Slut på uppgift 2.5 11 Laboration 2 Trots att hela adressrymden som loopen refererar till får plats i cachen erhålls missar. Detta beror på en svaghet hos direkt-avbildande cachar som går under benämningen konfliktmissar (eng. conflict misses) eller “bumps”. Utbytesalgoritmer Antalet konfliktmissar, dvs situationer där två minnesadresser konkurrerar om samma block i cachen, kan minskas genom att välja en mängd-associativ cache med färre antal mängder än antal block i cachen. Extremfallet motsvaras av fullt associativa cachar. För alla cachar som inte är direkt-avbildande är det inte självklart vilket block som skall bytas ut då man erhåller en cache-miss. Många algoritmer är tänkbara men måste förkastas pga att de ej går att implementera till rimlig kostnad. Vi skall studera tre utbytesalgoritmer, nämligen Random, FIFO och LRU. Vid Random (eller pseudo-random) väljs det block som skall bytas ut slumpmässigt. Denna algoritm kan approximeras med round-robin som är ganska lätt att implementera. I simulatorn är Random implementerad genom slumptalsdragning. Vid FIFO (First In First Out) bytes det block ut som funnits längst tid i cachen. Denna algoritm kan implementeras exakt genom att associera en räknare till varje block. Vid varje blockutbyte inkrementeras samtliga räknare. Det block vars räknare har högst värde byts ut. Räknarens storlek definieras av antalet block i setet. Nackdelen med denna algoritm är främst att det block som varit längst i cachen nödvändigtvis inte behöver vara det som är minst refererat. LRU (Least Recently Used) tar hänsyn till referensintensiteten till varje block. Man associerar en räknare till varje block. Räknaren nollställs då blocket refereras. Övriga räknare inkrementeras. Vid utbyte väljs det block vars räknare har högst värde. Räknaren kan teoretiskt behöva vara hur stor som helst. I praktiken räcker det med ett fåtal bitar (många implementeringar använder endast en bit). I simulatorn anges räknarens värde under R i fönstret med cachens innehåll. Val av utbytesalgoritm påverkar kostnaden för cachen på grund av de statusbitar som behövs för beslutsfunktionen. Uppgift 2.6 Gör nu cachen i förra uppgiften fullt associativ och välj LRU som utbytesalgoritm. Exekvera tills cachen fyllts. Studera speciellt hur räknarnas värden förändras. Vilket block kommer att bytas ut vid nästa referens och varför Ledning: Studera räknarnas värde för de olika blocken Svar: _____________________________________________________________________________________ Verifiera resultatet! Fortsätt nu tills hela loopen finns i cachen och exekvera sedan programmet i halvfart 32 steg. Vilken minnesoperation ger upphov till att både cachen och minnet blinkar Svar: _____________________________________________________________________________________ Hur många missar genereras per varv och varför Svar: _____________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ 12
Laboration 2 Laboration 2 Exekvera programmet till slut genom att trycka på Go . Studera därefter statistiken för denna körning genom att välja alternativet Show result i popup-menyn som fås då mellersta musknappen trycks ned. Vilken andel träffar erhölls (hit ratio) Svar: _____________________________________________________________________________________ Jämför detta med cachens storlek kontra storleken på programmets adressrymd (dvs huvudminnets storlek). ———————————————————————————————————— Slut på uppgift 2.6 Uppdateringsstrategier Den sista konstruktionsdetaljen vi skall studera har att göra med hur huvudminnet skall uppdateras. En metod går ut på att vid en skrivning uppdatera såväl cachen som huvudminnet s.k. write-through. Nackdelen med detta alternativ är att varje skrivning därmed tar tid. Ett annat alternativ är att endast uppdatera cachen. I detta fall kommer huvudminnet inte att innehålla det aktuella värdet varför blocket måste skrivas tillbaka i minnet vid utbyte. Denna strategi kallas copy-back och kräver att det finns en bit till varje block som anger om blocket skall skrivas tillbaka (D(irty)-bit). I simulatorn anges D-biten för varje block i fönstret med cachens innehåll under D. Det bör också nämnas att det finns olika strategier för när ett block skall hämtas in från huvudminnet. Antingen väljer man att alltid hämta in blocket vid en miss. Ett alternativ då write-through används är att aldrig hämta blocket vid skrivmissar utan istället uppdatera huvudminnet. Först vid en läsmiss hämtas blocket. I laborationen förutsätter vi att samtliga missar leder till att blocket hämtas in. Uppgift 2.7 Vid förra exekveringen blinkade både cachen och minnet som följd av att vi har valt write-through. Ändra i cachemenyn cachen så att copy-back används och exekvera programmet i halvfart (64 steg). Vad blev resultatet vad beträffar minnestrafiken Svar: _____________________________________________________________________________________ ———————————————————————————————————— Slut på uppgift 2.7 Cacheorganisationens inverkan på prestanda Denna del av laborationen tjänar till att förstå hur cacheorganisationen påverkar exekveringstiden för program. Prestandamodell Vi skall börja med att gå igenom en förenklad prestandamodell för ett datorsystem med cache och huvudminne. Vi inför följande beteckningar för olika egenskaper i systemet: • t CPU —Tiden från det att CPUn tagit emot svar från en minnesreferens tills nästa minnesreferens genereras. • t A1 — Accesstid för cacheminnet. • t A2 — Accesstid för minnet. • B — Blockstorlek i antal ord (32 bitar) • I — Minnesbredd, dvs hur många ord på konsekutiva adresser som kan överföras mellan cache och huvudminne i en minnes-cykel. t CPU utgör den tid det tar för centralenheten att bearbeta varje minnesreferens. Om minnesaccesstiden vore noll, skulle det ta Nt CPU att utföra N minnesreferenser. För varje minnesreferens som centralenheten genererar, finns ett antal olika utfall. Dels är första frågan om det kommer att uppstå en träff i cachen. Isåfall blir accesstiden samma som cachens, dvs t A1 . Om det uppstår en miss måste i bästa fall blocket läsas in från minnet vilket tar tiden t A2 B/I eftersom B ord måste överföras och I ord kan överföras samtidigt. Om copy-back används och det block som skall bytas ut är uppdaterat, måste det skrivas tillbaka vilket ger en ökning med t A2 B/I. Vid en skrivträff och då write-through används kan minnet uppdateras samtidigt som cachen varför tiden för denna operation är accesstiden för minnet, nämligen t A2 . I tabellen nedan presenteras tiden det tar för skrivningar och läsningar beroende på utfall och beroende på den uppdateringsstrategi som används. I hemuppgiften nedan skall du komplettera tabellen. Utfall Lästräff Läsmiss utan tillbakaskrivning Läsmiss med tillbakaskrivning Skrivträff — write through Skrivträff — copy back Skrivmiss — write through Skrivmiss — copy back, fall 1 Skrivmiss — copy back, fall 2 Hemuppgift 2.4 Komplettera tabellen ovan och besvara följande frågor: Vilka två fall är möjliga vid skrivmiss då copy-back används Svar: _____________________________________________________________________________________ Härled uttrycket för skrivmiss då write-through används. Formel t A1 t A1 + t A2 B/I ——————————————————————————————————— Slut på hemuppgift 2.4 Exekveringstiden för ett program som genererar N 1 lästräffar, N 2 läsmissar, N 3 skrivträffar och N 4 skrivmissar för en cache som utnyttjar write-through är då T = N( t CPU + ( 1 – W )t A1 + Wt A2 + ( 1 – H)t A2 ( B ⁄ I) ) där N = N 1 + N 2 + N 3 + N 4 för en cache som utnyttjar write-through. Cachens organisation kan beskrivas med en fem-tipel O = < S, B, A, R, U >, där S = cachestorlek, B = blockstorlek, A = adressavbildningsmetod, R = utbytesalgoritm samt U = uppdateringsstrategi. t A2 t A1 t A2 B/I + t A2 T = N 1 t A1 + N 2 ( t A1 + t A2 ( B⁄ I) ) + N 3 t A2 + N 4 ( t A2 ( B⁄ I) + t A2 ) (2.1) Andelen träffar betecknas med H. För exemplet ovan gäller att H = ( N 1 + N 3 ) ⁄ ( N 1 + N 2 + N 3 + N 4 ) . Om andelen skrivningar är W så gäller att (2.2) 13 14
Page 1 and 2: Laboration 2 Laboration 2 Syftet me
Page 3 and 4: Laboration 2 Laboration 2 Som figur
Page 5: Laboration 2 Cacheorganisationer oc
Page 9 and 10: Laboration 2 Börja med en blocksto
Page 11 and 12: Laboration 2 Laboration 2 Hur lång

Laboration 2

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?