Lecture-13-多體交叉存儲器

提高訪存速度的措施采用高速器件采用層次結構Cache–主存調(diào)整主存結構多個存儲器并行工作由于CPU和主存儲器之間在速度上是不匹配的，這種情況便成為限制高速計算機設計的主要問題。課程結構雙端口存儲器同一個存儲器具有兩組相互獨立的讀寫控制電路兩組相互獨立的讀寫控制電路可同時進行存儲器的讀寫無沖突讀寫控制送到兩端口的讀寫地址不同時有沖突讀寫控制兩個端口同時存取存儲器同一存儲單元時…雙端口存儲器一個例子程序指令i1指令i2指令i3指令i4指令i5指令i6指令i7指令i8指令i9：如果條件C滿足轉(zhuǎn)到指令5指令i10…i1i2i3i4…i10…i1

i2

i3

i4…

i10

…(1)存儲器的模塊化組織M0……M1……M2M3…………體內(nèi)地址模塊號地址000000000001001111010000010001011111100000100001101111110000110001111111順序方式多模塊交叉存儲器M0地址01……n－1M1nn+1……2n－1M22n2n+13n－1M33n3n+14n－1…………地址譯碼體內(nèi)地址模塊號模塊號多模塊交叉存儲器多模塊交叉存儲器順序方式的特點順序訪問地址連續(xù)的存儲單元時(局部性原理)，只能單個模塊工作，其他模塊不工作〔串行工作〕某一模塊出現(xiàn)故障時，其他模塊可以照常工作；通過增添模塊來擴充存儲器容量比較方便。各模塊串行工作，存儲器的帶寬受到了限制。M0……M1……M2M3…………

模塊號體內(nèi)地址地址000000000001000010000011000100000101000110000111111100111101111110111111交叉方式多模塊交叉存儲器(2)存儲器的模塊化組織M0地址04……4n－4M115……4n－3M2264n－2M3374n－1…………地址譯碼

模塊號體內(nèi)地址

模塊號多模塊交叉存儲器多體交叉存儲器是指存儲體內(nèi)有多個容量相同的存儲模塊，而且各存儲模塊都有各自獨立的地址存放器、譯碼器和數(shù)據(jù)存放器，各模塊可獨立進行工作。多個模塊采用交叉編址，連續(xù)的地址被安排在不同的模塊中。多模塊交叉存儲器交叉方式的特點在不改變存取周期的前提下，增加存儲器的帶寬時間

單體訪存周期

單體訪存周期啟動存儲體0啟動存儲體1啟動存儲體2啟動存儲體3多模塊交叉存儲器

連續(xù)讀取4個字所需的時間為T＋(4

－1)τ多模塊交叉存儲器設四模塊交叉存儲器，存取周期為T，總線傳輸周期(連續(xù)兩次在總線上傳輸數(shù)據(jù)信息的最小間隔)為τ，為實現(xiàn)流水線方式存取，應滿足τ＜＝T/4。二模塊交叉存儲器舉例計算機字長64位，存儲模塊數(shù)m=4，分別用順序方式和交叉方式進行組織。存儲周期T=200ns，數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線傳送周期τ=50ns。假設連續(xù)讀出4個字，問順序存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少?解：順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出4個字所需的時間分別是：t2=mT=4×200ns=800ns=8×10-7st1=T+(m-1)τ

=200ns+150ns=350ns=3.5×10-7s4個字的信息總量是64×4＝256b順序存儲器和交叉存儲器的帶寬分別是：W2=q/t2=256b÷(8×10-7)s=320Mb/sW1=q/t1=256b÷(35×10-7)s=730Mb/s二模塊交叉存儲器舉例

例在一個具有八模塊交叉的存儲器中，如果處理器的訪存地址為以下八進制。求該存儲器比單體存儲器的平均訪問速率提高多少？〔忽略初啟時的延遲〕〔1〕10018、10028、10038、……11008〔2〕10028、10048、10068、……12008解：設存儲器的訪問周期為T，總線傳送周期為t(一般t=T/m,m為模塊數(shù))。〔1〕八體低位多體交叉的存儲器訪問順序如下：10018～10108所需時間=T；10118～10208所需時間=T；102108～10308所需時間=T；10318～10408所需時間=T；10418～10508所需時間=T；10518～10608所需時間=T；10618～10708所需時間=T；10718～11008所需時間=T；所以訪問64個地址所需時間=8T+7t；單體存儲器訪問所需時間=64T；所以平均訪問速率提高：64/8≈810018～1010810118～10208〔2〕單體存儲器訪問所需時間=64T；多體時：10028～10108所需時間=T；10128～10208所需時間=T；10228～10308所需時間=T；10328～10408所需時間=T；10428～10508所需時間=T；10528～10608所需時間=T；10628～10708所需時間=T；10728～11008所需時間=T；11028～11108所需時間=T；11128～11208所需時間=T；11228～11308所需時間=T；11328～11408所需時間=T；11428～11508所需時間=T；11528～11608所需時間=T；11628～11708所需時間=T；11728～12008所需時間=T；八體低位多體交叉的存儲器訪問64個地址所需時間=16T+3t；10028～1010810128～1020810021012同一模塊，不能同時訪問練習1.某機采用四體交叉存儲器，今執(zhí)行一段小循環(huán)程序，此程序放在存儲器的連續(xù)地址單元中，請問在下面兩種情況下〔執(zhí)行指令數(shù)相等〕。程序運行的時間是否相等？為什么？設每條指令的執(zhí)行時間相同，每條指令占內(nèi)容中的一個存儲單元?！?〕循環(huán)程序由6條指令組成，重復執(zhí)行80次?！?〕循環(huán)程序由8條指令組成，重復執(zhí)行60次。2.在一個具有八體多體交叉的存儲器中，如果處理器的訪存地址為以下八進制。求該存儲器比單體存儲器的平均訪問速率提高多少？〔忽略初啟時的延遲〕10038、10068、10118、……130081解：〔1〕在四體交叉存儲器中取6條指令的時間=2T，重復執(zhí)行80次的時間=80×2T=160T?！?〕在四體交叉存儲器中取8條指令的時間=2T，重復執(zhí)行60次的時間=60×2T=120T。所以第一種情況的運行的時間大于第二種情況的運行的時間。

1234模塊指令65432187詳細分析(1)如果取指令和執(zhí)行指令并行，那么答案中應該沒有執(zhí)行時間t0,因為執(zhí)行在取指期間可以完成；(2)如果取完指令后一定要執(zhí)行，然后才能取下一指令，那么沒有發(fā)揮交叉模塊的作用，含6條指令的循環(huán)每次循環(huán)需要6(T+t0)；(3)考慮上面第(1)種情況，對于6條指令的循環(huán)，如果最后一條跳轉(zhuǎn)的目標地址可以事先得知，那么未執(zhí)行完最后一條指令前(或者在最后一條指令取指的同時，即可開始新一輪循環(huán)的取指。新一輪循環(huán)中第一條指令取指時，需要在第五條指令取指完成之后(因為第1條指令與第5條指令在同一模塊)。故每輪循環(huán)需要2T，具體的總時間應該分別為：2T*80+t和2T*60+3t(4)考慮上面第(1)種情況，如果每次循環(huán)的最后一條跳轉(zhuǎn)的目標地址必須取完該條指令后才能知道，那么下一輪循環(huán)的取指就不能和上一輪并行執(zhí)行。此時，總時間應該分別為(T+5t)*80和(T+7t)*60(5)如果是突發(fā)訪存，每輪循環(huán)時，先一下把指令都取出，再執(zhí)行。那么為((T+5t+6t0)*80和(T+7t+8t0)*602解：設存儲器的訪問周期為T?！?〕八體低位多體交叉的存儲器訪問的情況如下：1003、1006、1011、1014、1017、1022、1025、1030所需時間=T；1033、1036、1041、1044、1047、1052、1055、1060所需時間=T1063、1066、1071、1074、1077、1102、1105、1110所需時間=T1113、1116、1121、1124、1127、1132、1135、1140所需時間=T1143、1146、1151、1154、1157、1162、1165、1170所需時間=T1173、1176、1201、1204、1207、1212、1215、1220所需時間=T1223、1226、1231、12341237、1242、1245、1250所需時間=T1253、1256、1261、1264、1267、12