К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки - Организация ЭВМ - 5-е издание (2003) (1114649), страница 94
Текст из файла (страница 94)
Увеличивается их емкость, уменьшаются габариты, неуклонно снижается стоимость в пересчете на бит. Упражнения 5.1 Приведите блок-схему организации модуля памяти 512 К х 8, подобную схеме памяти 8 М х 32, представленной на рис. 5.10. 5.2. Обратимся к рис. 5.6, на котором показана структура ячейки динамической памяти. Предположим, что С вЂ” 50 фемтофарэд (10 ш Ф), а утечка тока через транзистор составляет около 9 пикоампер (10 ы А). Напряжение иа полностью заряженном конденсаторе равно 4,5 В. Ячейка должна быть регенерирована до того, как напряжение упадет ниже 3 В.
Оцените минимальную частоту регенерации. 5.3. На рис. 5.8 в нижнем правом углу показаны регистры входных и выходных данных. Приведите схему, реализуюгцую по одному биту каждого из этих регистров, и покажите связи между блоком «Схемы и защелки чтения/записи» и шиной данных. 5.4. Рассмотрим основную память, которая состоит из микросхем 5РВАМ и имеет такие же временные характеристики, как и микросхема, показанная на рис. 5.9, с той лишь разницей, что в нашем примере длина пакета равна 8.
Предположим, что 32 бита данных пересылаются по шине параллельно. Сколько времени при тактовой частоте 133 МГц займет пересылка: а) 32 байт данных; б) 64 байт данных. Каково в каждом из этих случаев время ожидания? 5.5. Опровергните следующее утверждение: «При использовании более быстрого процессора производительность компьютера возрастает пропорционально его быстродействию, даже если быстродействие основной памяти остается прежним.» 5.6. Программа состоит из двух вложенных циклов: меньшего внутреннего и значительно большего внешнего.
Ее общая структура приведена на рис. У5.1. Десятичные адреса в памяти показывают местоположение двух циклов, а также начало и конец всей программы. Все фрагменты программы, строки 17-22, 23-164, 165 — 239 и т. д., содержат команды, которые должны выполнятьгя последовательно. Программа запускается на компьютере, имеющем кэш команд с прямым отображением (рис. 5.15) и такие характеристики: Размер основной памяти 64 К слов Размер каша 1 К слов Размер блока 128 слов Упражнения 399 НАЧАЛО 17 23 1200 КОНЕЦ 1500 Внешний цикл, выполняемый 10 раз Внутренний цикл, выполняемый 20 раз Рис. У5.1. Структура программы для упражнения 5.5 ЕООР А И (К1)+,КО Ресгешевг К2 ВМЕ ?.О ОР Предположим, что перед началом этого цикла в регистрах КО, К1 и К2 содержались значения О, 054Е и 3 соответственно. Также предположим, что в основной памяти хранились данные, приведенные на рис.
У52, б, где все они представлены в шестнадцатеричном формате. Цикл начинается по адресу 1.ООР - 02ЕС. а) Каким будет содержимое каша в конце каждого шага цикла7 Длительность цикла основной памяти составляет 10 т, а длительность цикла каша — т. а) Укажите количество битов в полях ТАО, ВЕОСК и %'ОКР адреса основной памяти. б) Вычислите общее время, уходящее на выборку команд в процессе выполнения программы, приведенной на рис. У5.1.
5.7. В компьютере используется небольшой кэш с прямым отображением, расположенный между основной памятью и процессором. Он вмещает четыре 16-разрядных слова, и с каждым словом ассоциируется 13-разрядный тег, как на рис. У5.2, а. Когда в процессе операции чтения происходит промах, запрошенное слово считывается из основной памяти и отсылается процессору.
Одновременно оно копируется в кэш, а номер его блока запоминается в соответствующем тете. Рассмотрим следующий цикл в программе, все команды и операнды которой имеют длину 16 бит: 400 Глава 5. Система памяти б) Допустим, что время доступа к основной памяти составляет 10 т, а время доступа к кэшу — т. Вычислите время выполнения каждого шага цикла без учета процессорного времени между циклами памяти. 13 бнт 16 бит 054Е Рис. У5.2. Содерхимое каша и основной памяти в упрюкнэнии 5.7: кэш (а); основная память (б) 5.8.
Повторите упражнение 5.7 при условии, что в каше хранятся только команды. Данные-операнды извлекаются прямо из основной памяти и не копируются в кэш. Почему при этом программа выполняется быстрее, чем при записи в кэш и команд и данных? 5.9. Множественно-ассоциативный кэш состоит из 64 блоков, разделенных на 4-блочные множества.
В основной памяти содержится 4096 блоков, каждый из которых включает 128 слов, а) Какую длину имеет адрес основной памяти? б) Какую длину имеют его поля ТАО, 5ЕТ и 1)(гОКП? 5.10. Основная память компьютерной системы содержит 1 М 16-разрядных слов. Кроме того, в системе имеется множественно-ассоциативный кзш с 4 блоками в множестве и 64 словами в блоке. а) Вычислите количество битов в полях ТАО, 5ЕТ и ЪЧОКП адреса ос- новной памяти. б) Предположим, что первоначально кэш пуст. Процессор последовательно выбирает 4352 слова по адресам О, 1, 2,..., 4351. Затем он повторяет эту же последовательность выборки еще 9 раз. Оцените коэффициент ускорения за счет использования каша при условии, что он работает в 10 раз быстрее памяти.
Для замены блоков используется алгоритм 1КП. 5.11. Повторите упражнение 5.10 в предположении, что при копировании в заполненное множество новый блок заменяет блок, использовавшийся последним. 5.12. В разделе 5.5.3 на примере программы, приведенной на рис. 5.19, был показан результат использования различных технологий отображения.
Предположим, программа изменилась и теперь второй цикл обрабатывает элементы Упражнения 401 в том же порядке, что и первый, то есть управляющая команда второго цикла такова: Еог):-Охо 9 до Приведите для этой программы таблицы результатов, эквивалентные представленным на рис. 5.20-5.22. Какие выводы можно сделать из этого упражнения? 5.
13. В побайтово адресуемом компьютере имеется маченький кэш данных, в ко- тором может храниться восемь 32-разрядньгх слов. Каждый блок этого каша состоит из одного 32-разрадяного слова. При выполнении программы процессор считывает данные по следующим шестнадцатеричным адресам; 200, 204, 208, 20С, 2Р4, 2РО, 200, 204, 218, 21С, 24С, 2Р4 Эта последовательность операций чтения повторяется четыре раза. а) Каким будет содержимое каша с прямым отображением в конце каждого прохода по этому циклу. Вычислите для этого примера частоту попаданий.
Предполагается, что первоначально кзш пуст. б) Повторите упражнение 5.13, а для ассоциативного каша, в котором используется алгоритм замены 1 кП. в) Повторите упражнение 5.13, а для четырехканального множественно-ассоциативного кэша. 5.14. Повторите упражнение 5.13 с условием, что каждый блок каша состоит из двух 32-разрядных слов. Для задания 5.13, в используйте двухканальный множественно-ассоциативный кэш. 5.15. Как влияет значение я в системе памяти с чередованием адресов, показан ной на рис. 5.25, б, на размер блока кэш-памяти? 5.16. Во многих компьютерах размер блока кэш-памяти может составлять от 32 до 218 байт. Какие преимущества даст увеличение (или уменьшение) раз- мера блока? А что изменится к худшему? 5.17.
Рассмотрите эффективность чередования адресов по отношению к размеру блока кэша. С помощью вычислений, подобных проведенным в разделе 5.6.2, оцените возможное повышение производительности для блоков размером 16, 8 и 4 слова. Предполагается, что к каждому загруженному в кэш слову процессор обращается хотя бы один раз. 5.18. Предположим, что в компьютере имеется кэш-память 1.1 и Е2, описанная в разделе 5.6.3.
Размер блоков обоих кашей составляет 8 слов. Предположим также, что частота попаданий в случае обоих кашей одинакова и равна 0,95 для команд и 0,9 для данных. Время доступа к блоку из 8 слов в кзш-памяти первого и второго уровней, С1 и Св составляет соответственно 1 и 10 циклов. а) Каково среднее время доступа с точки зрения процессора, если используется память с чередованием адресов? Параметры доступа к памяти такие, как в разделе 5.6.1. 402 Глава 5. Система памяти 5.19. 5.20. 5.21.
5.22. 5.23. б) Каково среднее время доступа, если используется основная память без чередования адресов? в) В чем преимущество чередования адресов? Повторите упражнение 5.18 при условии, что блок каша вмещает 4 слова. Оцените соответствующее значение Сь если кэш второго уровня реализо- ван на основе микросхем ЯКАМ, Рассмотрим следующую аналогию концепции кэширования.
Мастер при- ходит в дом, чтобы починить отопительную систему. Он приносит с собой ящик с инструментами, которыми недавно выполнял подобные работы. Мастер опять будет использовать эти инструменты, пока ему не потребу- ются другие. Скорее всего, нужные инструменты найдутся в его машине, которая стоит возле дома. Но если их не окажется и там, придется ехать за ними в мастерскую.
Ящик с инструментами, машина и мастерская соответствуют кашу Е1, ка- шу 1.2 и основной памяти компьютера. Насколько удачна эта аналогия? В чем она правильна, а в чем нет? Массив 32-разрядных чисел размером 1024х1024 должен быль «нормали- зовав» следующим образом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
