Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура электронно-вычислительных машин и систем (2004) (1186255), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Если каскадировать fuzzy-вычислители, мы получимодин из вариантов нейропроцессора или нейронной сети. Во многихслучаях эти понятия просто объединяют, называя общим термином«neuro-fuzzy logic».В настоящее время перспективой использовать процессоры,основанные на нечеткой логике всерьез заинтересовались военные.Известно, что NASA рассматривает возможность применения (если ещене применяет) нечеткие системы для управления процессами стыковкикосмических аппаратов.Системы памятиПовышениепроизводительностивычислительныхсистемнепосредственно связано с увеличением быстродействия и емкостипамяти.
Емкость памяти наиболее крупных вычислительных системвозросла от 1000 байт до десятков терабайт, а время цикла уменьшилосьс 20 мкс до 10 нс. Однако даже с учетом прогресса в технологиибыстродействующие запоминающие устройства остаются болеедорогими, чем медленные. Следовательно, с целью уменьшениястоимости ВС при той же производительности эффективнее иметьиерархию памяти с небольшим по емкости запоминающим устройством,расположенным рядом с процессором и имеющим минимальное времядоступа. Такая иерархия позволяет согласовать характеристики памяти ицентрального процессора.С ростом сложности а также размерности технических и научныхзадач возрастает требование к объему памяти.
Рост объема памяти в186свою очередь приводит к большим физическим размерам устройства,увеличению длины проводников и задержки распространения сигналов,т.е. уменьшается время доступа к такой памяти. Хотя быстродействие иемкость отдельных устройств памяти возросли, этого было недостаточно для того, чтобы они соответствовали характеристикампроцессора. Конечно, можно реализовать память больших объемов,которая несколько быстрее имеющейся на данный момент при помощисовершеннейших технологий, существующих на данный момент.Однако стоимость такой памяти по отношению к увеличению еепроизводительности будет очень велика и использование такой памятиэкономически невыгодно.Иерархическая организация памятиКомпромиссом между производительностью и объемами памятиявляется решения использовать иерархию запоминающих устройств, т.е.применять в ВС так называемую иерархическую модель памяти.
Прихорошо построенной иерархической системе памяти среднее времядоступа ко всей памяти лишь незначительно превышает время доступа кнебольшому быстродействующему запоминающему устройству, аколичество хранящейся информации равно емкости большой памяти.Идея иерархии запоминающих устройств в том или ином виде с самогоначала была одной из важных концепций при разработкевычислительных систем.Иерархическая память-это система памяти, состоящая какминимум из двух запоминающих устройств, отличающихсябыстродействием и емкостью [1].
Обычно первое устройство памяти,расположенное в непосредственной близости от процессора, имеетмалое время доступа и более высокую стоимость на бит. В связи с этимемкость более быстродействующей памяти в иерархии делаетсянебольшой для того, чтобы оптимизировать стоимость всей системы.Технология памяти второго уровня иерархии выбирается исходя изнизкой стоимости на один бит; такая память имеет большие значениявремени цикла и времени доступа.Иерархическаяпамятьуправляетсяпользовательскимипрограммами, аппаратным путем или системным программнымобеспечением так, чтобы система памяти по времени доступаприближалась к быстродействующей памяти, а по стоимости - кмедленной памяти.
Примером иерархии, управляемой системнымпрограммным обеспечением, является организация виртуальной памятисо страничной организацией применяемая в данное время всемисовременными операционными системами: недостаток емкостиоперативной памяти возмещается внешней дисковой памятью.Применение иерархических систем памяти оправдывает себя вследствие двух важных факторов - принципа локальности обращений и187низкого(экономическивыгодного)соотношениястоимость/производительность [1].
Принцип локальности обращенийговорит о том, что большинство программ к счастью не выполняютобращений ко всем своим командам и данным равновероятно, аоказывают предпочтение некоторой части своего адресногопространства.Иерархия памяти существует главным образом для того, чтобыповысить экономическую эффективность системы путем оптимальногосочетания временных и стоимостных характеристик различныхзапоминающих устройств. Для того чтобы иерархия памяти былаэкономически эффективной, память должна иметь высокиеэксплуатационные характеристики. Это означает, что техническиепараметры запоминающих устройств на разных уровнях иерархиидолжны существенно различаться.
Невозможно достигнуть большихразличий по эксплуатационным характеристикам и стоимости малой ибольшой памяти, если и та и другая выполнены по одной технологии иимеют близкие по значению времена доступа.Структура кэш-памятиВ системах с кэш-памятью быстрая и небольшая память, известнаякак буфер, или кэш, имеющая почти такое же быстродействие, как ирегистры, расположена между процессором и основной памятью. Такойкэш согласует скорости процессора и основной памяти. Этот буферсовершенно незаметен, недоступен пользователям и не может бытьнепосредственно адресован. Однако использование кэша создаетиллюзию, что большая основная память работает со скоростьюпроцессора.Иерархия памяти обычно состоит из многих уровней, но в каждыймомент времени мы имеем дело только с двумя близлежащимиуровнями. Минимальная единица информации, которая может либоприсутствовать, либо отсутствовать в двухуровневой иерархии,называется блоком или строкой.
Размер блока обычно фиксированный, аобъем памяти является кратным размеру блока.Успешное или неуспешное обращение к более высокому уровнюназываются соответственно попаданием (hit) или промахом (miss).Попадание - есть обращение к объекту в памяти, который найден наболее высоком уровне, в то время как промах означает, что он не найденна этом уровне. Доля попаданий (hit rate) есть доля обращений,найденных на более высоком уровне. Доля промахов (miss rate) естьдоля обращений, которые не найдены на более высоком уровне.
Частотапопаданий и промахов является важной характеристикой. Времяобращения при попадании (hit time) есть время обращения к болеевысокому уровню иерархии, которое включает в себя, в частности, ивремя, необходимое для определения того, является ли обращение188попаданием или промахом. Потери на промах (miss penalty) есть времядля замещения блока в более высоком уровне на блок из более низкогоуровня плюс время для пересылки этого блока в требуемое устройство(обычно в процессор). Потери на промах далее включают в себя двекомпоненты: время доступа (access time) - время обращения к первомуслову блока при промахе, и время пересылки (transfer time) дополнительное время для пересылки оставшихся слов блока. Времядоступа связано с задержкой памяти более низкого уровня, в то времякак время пересылки связано с полосой пропускания канала междуустройствами памяти двух смежных уровней.Основные характеристики современных моделей кэш памятисведены в табл.1.Таблица 1Основные характеристики современных моделей кэш памятиХарактеристикаРазмер блока (строки)Время попадания (hit time)Потери при промахе (misspenalty)Время доступа (access time)Время пересылки (transfer time)Доля промахов (miss rate)Размер кэш-памятиТипичное значение4-128 байт1-4 такта синхронизации (обычно 1такт)8-32 такта синхронизации6-10 тактов синхронизации2-22 такта синхронизации1%-20%4 Кбайт - 16 МбайтДля реализации системы кэш-памяти необходимо наличие такихэлементовнебольшое быстродействующее запоминающее устройство,содержащее часть информации основной памяти.
Такой информациеймогут быть адреса, команды или данные. В соответствии с этим кэшможет быть адресным, программным или кэшем данных.Быстродействие этого небольшого запоминающего устройства обычнона порядок выше, а емкость на один-два порядка меньше, чем уосновной памяти.В системе с кэш-памятью требуется идентификатор, или"признаковая память", для того, чтобы определить, какие частиинформации основной памяти были скопированы в кэш-память. Взависимости от организации обмена эти части могут быть словами,блоками или страницами.
Специальная память, содержащая именачастей или адреса, обычно называется признаковой памятью, илисправочником, и является ассоциативной.189В буферной памяти должна быть логическая схема, определяющаяпорядок удаления слов или блоков из кэша при необходимости записи внего новой информации из основной памяти. Такая логическая схеманазывается приоритетным списком обновления данных.Для синхронизации различных действий, например обращения впризнаковую память, выборки и перемещения данных, в систему кэшпамяти вводится устройство управления.Стратегии управления памятьюПри построении систем с иерархической памятью ставится цельполучения максимальной производительности подсистемы памяти приее минимальной стоимости. Эффективность той или иной системы кэшпамяти зависит от стратегии управлений памятью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
