Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 11

Podobné dokumenty
Paměťový podsystém počítače

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 10

Systém adresace paměti

Paměti a jejich organizace

Pamět ová hierarchie, návrh skryté paměti 2. doc. Ing. Róbert Lórencz, CSc.

I. Dalšívnitřní paměti

Přednáška. Správa paměti II. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012

Mezipaměti počítače. L2 cache. L3 cache

Operační systémy. Jednoduché stránkování. Virtuální paměť. Příklad: jednoduché stránkování. Virtuální paměť se stránkování. Memory Management Unit

Paměťová hierarchie. INP 2008 FIT VUT v Brně

Paměti cache. Cache může být realizována softwarově nebo hardwarově.

Pamět ová hierarchie, virtuální pamět. doc. Ing. Róbert Lórencz, CSc.

Přidělování paměti II Mgr. Josef Horálek

Pokročilé architektury počítačů

Metody připojování periferií BI-MPP Přednáška 2

Cache paměť - mezipaměť

Rychlá vyrovnávací paměť v architektuře PC

09. Memory management. ZOS 2006, L.Pešička

Přednáška. Správa paměti I. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012

Pamět ová hierarchie, návrh skryté paměti cache 2

Adresování paměti. Adresní prostor. Adresní módy (v instrukcích) T.Mainzer

Základní deska (1) Označována také jako mainboard, motherboard. Deska plošného spoje tvořící základ celého počítače Zpravidla obsahuje:

požadovan adované velikosti a vlastností Interpretace adresy POT POT

Pár odpovědí jsem nenašla nikde, a tak jsem je logicky odvodila, a nebo jsem ponechala odpověď z pefky, proto je možné, že někde bude chyba.

Cache paměti (1) Cache paměť: V dnešních počítačích se běžně používají dva, popř. tři druhy cache pamětí:

Strojový kód k d a asembler procesoru MIPS SPIM. MIPS - prostředí NMS NMS. 32 ks 32bitových registrů ( adresa registru = 5 bitů).

Princip funkce počítače

Operační systémy. Přednáška 8: Správa paměti II

Adresní mody procesoru

Uspořádání cache pamětí procesorů historie a současný stav

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 7

2010/2011 ZS P i r i nc č py po ít č čů a PAMĚŤOVÝ ĚŤ SUBSYSTÉM z pohledu OS OS

Architektury počítačů a procesorů

Operační systémy. Přednáška 7: Správa paměti I

Operační systémy. Správa paměti (SP) Požadavky na SP. Spojování a zavedení programu. Spojování programu (linking) Zavádění programu (loading)

Paměti. Paměť je zařízení, které slouží k ukládání programů a dat, s nimiž počítač pracuje

PRINCIPY OPERAČNÍCH SYSTÉMŮ

Dělení pamětí Volatilní paměti Nevolatilní paměti. Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /11- Západočeská univerzita v Plzni

Pokročilé architektury počítačů

Přednáška. Systémy souborů. FAT, NTFS, UFS, ZFS. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012

Sběrnicová struktura PC Procesory PC funkce, vlastnosti Interní počítačové paměti PC

Systém souborů (file system, FS)

Procesor. Procesor FPU ALU. Řadič mikrokód

Vstupně - výstupní moduly

Cache paměti (2) Cache paměti (1) Cache paměti (3) Cache paměti (4) Cache paměti (6) Cache paměti (5) Cache paměť:

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 5

Strojový kód. Instrukce počítače

PROTOKOL O LABORATORNÍM CVIČENÍ

Správa paměti. doc. Ing. Miroslav Beneš, Ph.D. katedra informatiky FEI VŠB-TUO A-1007 /

Přerušovací systém s prioritním řetězem

Principy operačních systémů. Lekce 3: Virtualizace paměti

Přidělování zdrojů (prostředků)

Adresace paměti. 11.přednáška

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 4

Profilová část maturitní zkoušky 2014/2015

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Principy počítačů a operačních systémů

Základní deska (1) Parametry procesoru (2) Parametry procesoru (1) Označována také jako mainboard, motherboard

Pohled do nitra mikroprocesoru Josef Horálek

PAMĚŤOVÝ SUBSYSTÉM. Principy počítačů I. Literatura. Parametry paměti. Parametry paměti. Dělení pamětí podle funkce. Kritéria dělení pamětí

Testování pamětí (Memory BIST)

PROCESOR. Typy procesorů

Semestrální práce z předmětu Speciální číslicové systémy X31SCS

ÚVOD DO OPERAČNÍCH SYSTÉMŮ. Správa paměti. Přímý přístup k fyzické paměti, abstrakce: adresový prostor, virtualizace, segmentace

Roman Výtisk, VYT027

Mikrokontroléry. Doplňující text pro POS K. D. 2001

LOGICKÉ OBVODY X36LOB

Sběrnicová architektura POT POT. Jednotlivé subsystémy počítače jsou propojeny sběrnicí, po které se přenáší data oběma směry.

Intel (2) Intel (1) Intel (3) Intel (4) Intel (6) Intel (5) Nezřetězené zpracování instrukcí:

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 6

Úvod. Instrukce musí obsahovat: typ operace adresu operandu (operandů) typ operandů modifikátory adresy modifikátory operace POT POT

Sběrnicová struktura PC Procesory PC funkce, vlastnosti Interní počítačové paměti PC

Cílem kapitoly je seznámit studenta s pamětmi. Jejich minulostí, současností a hlavnímu parametry.

Sběrnicová struktura PC Procesory PC funkce, vlastnosti Interní počítačové paměti PC

ORGANIZACE A REALIZACE OPERAČNÍ PAMĚTI

ZÁKLADY PROGRAMOVÁNÍ. Mgr. Vladislav BEDNÁŘ /14

Architektury paralelních počítačů I.

Zobrazovací jednotky a monitory

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

Memory Management vjj 1

Memory Management vjj 1

Technické prostředky počítačové techniky

Parametry pamětí vybavovací doba (tj. čas přístupu k záznamu v paměti) = 10 ns ms rychlost toku dat (tj. počet přenesených bitů za sekundu)

2.9 Vnitřní paměti. Střední průmyslová škola strojnická Vsetín. Ing. Martin Baričák. Název šablony Název DUMu. Předmět Druh učebního materiálu

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 3

Vstupně výstupní moduly. 13.přednáška

Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /21- Západočeská univerzita v Plzni

Základní principy konstrukce systémové sběrnice - shrnutí. Shrnout základní principy konstrukce a fungování systémových sběrnic.

Kapitola 10: Diskové a souborové struktury. Klasifikace fyzických médií. Fyzická média

Akademický rok: 2004/05 Datum: Příjmení: Křestní jméno: Osobní číslo: Obor:

Vysoké učení technické v Brně Fakulta informačních technologií ITP Technika personálních počítačů Služby ROM BIOS a BootROM

Vnitřní a vnější paměti Část: vnitřní paměti

PA152. Implementace databázových systémů

Operační systémy 2. Přednáška číslo 2. Přidělování paměti

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 1

VÝUKOVÝ MATERIÁL. 3. ročník učebního oboru Elektrikář Přílohy. bez příloh. Identifikační údaje školy

Principy komunikace s adaptéry periferních zařízení (PZ)

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Kubatova Y36SAP procesor - control unit obvodový a mikroprogramový řadič RISC Y36SAP-control unit 1

Transkript:

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 11 doc. Ing. Hana Kubátová, CSc. Katedra číslicového návrhu Fakulta informačních technologii ČVUT v Praze Hana Kubátová BI-SAP 11, cache letní semestr 2010-11

BI-SAP 11: osnova Paměťová hierarchie Virtualizace paměti Vyrovnávací (cache) paměť Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 2

Organizace paměťového systému počítače Paměťová hierarchie... několikaúrovňové uspořádání pamětí různých typů (kapacit a rychlostí) s cílem dosáhnout optimálního poměru výkon x cena Cena paměti je cca přímo úměrná kapacitě nepřímo době přístupu (rychlosti) Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 3

Paměťová hierarchie CENA!!! Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 4

Virtuální paměť systém několika pamětí s různými parametry (kapacita, rychlost), řízený tak, aby vytvářel paměťové prostory potřebné velikosti pro program a data umožňuje realizaci jednoho nebo několika logických (virtuálních) adresových prostorů, kde každý může být větší než skutečná kapacita hlavní paměti hlavní paměť... fyzický paměťový prostor logické adresové prostory jsou ve skutečnosti ve vnější paměti Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 5

Virtuální paměť části programů a data jsou přesouvány do hlavní paměti, požaduje-li k nim procesor přístup v hlavní paměti jsou jen ty programy a data, s kterými procesor právě pracuje lze přemístit části programu bez nutnosti je znovu překládat zajištění ochrany dat před neoprávněným přístupem a modifikací práce s logickými adresami ne absolutními hlavní paměť se adresuje fyzickými adresami překlad logických adres na fyzické zajišťuje mechanismus virtuální paměti Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 6

Stránkování Logický adresový prostor je rozdělen na úseky pevné délky - stránky (logické stránky) Fyzický adresový prostor je rozdělen na stejně velké úseky - stránkové rámce (fyzické stránky) Logický adresový prostor je realizován ve vnější paměti. Data (úseky programu) se přesouvají do hlavní paměti po jednotlivých stránkách, jsou-li v průběhu výpočtu požadována a pokud se příslušná stránka již v paměti nenachází. Překlad (určení kam se stránka do hlavní paměti přesune) používá datovou strukturu... tabulku stránek Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 7

Tabulka stránek je uložena v hlavní paměti obsahuje pro každou logickou stránku jednu položku položka obsahuje informaci, zda se daná stránka nachází v hlavní paměti a pokud ano, tak kde (v kterém stránkovém rámci) Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 8

Stránkovací mechanismus velikost stránky: 4KB, 8KB podle procesoru Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 9

Realita, problémy tabulka stránek musí obsahovat 1 položku pro každou stránku v logickém adresovém prostoru, i když není použita při mnohem větším logickém prostoru proti velikosti hlavní paměti, může tabulka stránek zabírat velkou část hlavní paměti Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 10

Dvouúrovňová organizace tabulky stránek Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 11

Obsah tabulky stránek horní část fyzické adresy příznak přítomnosti stránky v hlavní paměti příznak změny dat ve stránce (zda byla po dobu přítomnosti v HP do stránky zapisováno)... Dirty bit další bity, např. určující, zda je vhodné stránku přepsat (vyhodit z hlavní paměti, podle toho jak a kdy byla použita)... Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 12

Stránkovací mechanismus je-li stránka přítomna v hlavní paměti, přeloží se logická adresa na fyzickou (příznak přítomnosti stránky v HP) není-li stránka přítomna, vyvolá se přerušení. Přerušovací mechanismus vyvolá načtení stránky z vnější paměti. pokud při načítání není volný žádný stránkový rámec v HP, je třeba nějaký uvolnit... přesun vhodné stránky do vnější paměti (např. nejdéle nepoužité, viz další bity, sl. 11...) nebylo-li do stránky zapisováno (Dirty bit), nemusí se přesouvat do vnější paměti, stačí ji jen přepsat. Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 13

Segmentace segmenty jsou funkčně samostatné části programu proměnné délky, které lze do hlavní paměti zavádět v případě potřeby adresy v segmentu jsou relativní vůči začátku (tzv. bázi) segmentu... umožňuje přemístitelnost segmentů v HP logická adresa se skládá z báze segmentu a offsetu (posunutí) báze segmentu je v segmentovém registru tabulce popisovačů segmentů Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 14

Segmentové registry Příklad z Intel 80x86... 16 bitové registry, 20 bitová adresová sběrnice Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 15

Tabulky popisovačů segmentů Příklad z Intel 80386 "chráněný režim" Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 16

Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 17

Princip rychlé vyrovnávací paměti "malá" rychlá paměť zařazená mezi procesor a hlavní paměť využití asociativního přístupu k položkám obsahuje kopie nejčastěji používaných položek hlavní paměti realizována SRAM synonyma... cache, buffer memory, skrytá paměť (SP), vyrovnávací paměť,... Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 18

Princip plně asociativní paměti adresuje se částí datové položky, která se má vyhledat, tzv. klíčem na rozdíl od adresovatelné paměti např. SRAM neobsahuje adresový dekodér. ale adresář: Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 19

Struktura adresáře plně asociativní paměti Každá položka adresáře obsahuje logické obvody umožňující najednou prohledat všechny položky adresáře Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 20

Využití asociativní paměti v počítači cache - data jsou kopie často používaných položek dat z hlavní paměti, klíčem je adresa položky tabulka stránek (nebo její část) čtení... zahájení cyklu čtení současně z cache i z hlavní paměti. Pokud se položka v cache nalezne, cyklus hlavní paměti se nedokončí. V opačném případě se přečtou data z hlavní paměti (a obvykle zároveň uloží do cache) Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 21

zápis... pokud položka v cache není, zapíše se zpravidla jen do hlavní paměti pokud je, postupuje se dvěma způsoby průběžný zápis (write through)... nová hodnota se zapíše se zároveň do cache i HP odložený zápis (write back)... nová hodnota se zapíše jen do cache a při uvolňování položky z cache se musí její obsah přepsat do HP pokud byla modifikována po dobu přítomnosti v cache Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 22

Asociativní paměť s omezeným stupněm asociativity nevýhoda plně asociativní paměti: adresář je tvořen speciálními obvody při stejné kapacitě cca trojnásobná plocha čipu řešení... omezený stupeň asociativity, tzn. každé položce je určeno místo (nebo několik míst podle stupně asociativity), kde se může nacházet. Toto místo je určené částí adresy položky. Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 23

... asociativní paměť s omezeným stupněm asociativity adresář je možné realizovat běžnou pamětí RAM přítomnost položky se zjistí porovnání s klíčem (nebo několika klíči) uloženém v adresáři klíčem je část adresy stupeň asociativity je počet míst, na kterých se položka může nacházet pro zvýšení efektivity jsou data uložena po blocích (řádcích) např. 16 slabik Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 24

stupeň asociativity 1, princip Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 25

stupeň asociativity 2 (nebo více) Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 26

Jednoduchý příklad Kapacita hlavní paměti 64 KB 16bitová adresa Kapacita cache 32 B Blok 4B Stupeň asociativity 2 Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 27

hlavní paměť 16 bitová adresa cache... 2 bity Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 28

12 bitů TAG.. uloženo 2 bity 2 bity 0FFE 16... 0000 1111 1111 1110 2 určené místo adresní výběr adesa v bloku Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 29

0FFE 16... 0000 1111 1111 1110 2 12 bitů TAG.. uloženo 2 bity 2 bity určené místo adresní výběr adesa v bloku Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 30

Příklad - cache v procesoru I80487 32 bitová fyzická adresa 8 KB cache stupeň asociativity 4 bloky dat 16 B (slabik) uvolňování položek - různé strategie, např. LRU, náhodný výběr z počtu položek v řádku (stupeň asociativity 4... tedy ze 4) Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 31

Hana Kubátová BI-SAP 11, cache 32