Презентация Цифровая схемотехника и архитектура компьютера. Иеархия памяти и подсистема ввода-вывода. (Глава 8) онлайн
На нашем сайте вы можете скачать и просмотреть онлайн доклад-презентацию на тему Цифровая схемотехника и архитектура компьютера. Иеархия памяти и подсистема ввода-вывода. (Глава 8) абсолютно бесплатно. Урок-презентация на эту тему содержит всего 89 слайдов. Все материалы созданы в программе PowerPoint и имеют формат ppt или же pptx. Материалы и темы для презентаций взяты из открытых источников и загружены их авторами, за качество и достоверность информации в них администрация сайта не отвечает, все права принадлежат их создателям. Если вы нашли то, что искали, отблагодарите авторов - поделитесь ссылкой в социальных сетях, а наш сайт добавьте в закладки.
Оцените презентацию от 1 до 5 баллов!
- Тип файла:ppt / pptx (powerpoint)
- Всего слайдов:89 слайдов
- Для класса:1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11
- Размер файла:8.06 MB
- Просмотров:102
- Скачиваний:0
- Автор:неизвестен
Слайды и текст к этой презентации:
№1 слайд
Содержание слайда:
№2 слайд
Содержание слайда:
№3 слайд
Содержание слайда:
№4 слайд
Содержание слайда:
№5 слайд
Содержание слайда:
№6 слайд
Содержание слайда:
№7 слайд
Содержание слайда:
№8 слайд
Содержание слайда:
№9 слайд
Содержание слайда: Используйте локальность для того, чтобы сделать доступ к памяти более быстрым
Используйте локальность для того, чтобы сделать доступ к памяти более быстрым
Временная локальность:
Локальность во времени
Если данные использовались недавно, то вероятно они скоро понадобятся снова
Как это использовать: держать недавно использованные данные на более высоких уровнях иерархии памяти
Пространственная локальность:
Локальность в пространстве
Если данные использовались недавно, то вероятно скоро понадобятся данные поблизости
Как это использовать: при доступе к данным переносить также близлежащие данные на более высокие уровни иерархии памяти
№10 слайд
Содержание слайда:
№11 слайд
Содержание слайда:
№12 слайд
Содержание слайда:
№13 слайд
Содержание слайда:
№14 слайд
Содержание слайда:
№15 слайд
Содержание слайда:
№16 слайд
Содержание слайда: Наивысший уровень в иерархии памяти
Наивысший уровень в иерархии памяти
Быстрая (обычно время доступа 1такт)
В идеале предоставляет бόльшую часть данных процессору
Обычно содержит последние использованные данные
№17 слайд
Содержание слайда: Какие данные хранятся в кэш-памяти?
Какие данные хранятся в кэш-памяти?
Как найти данные?
Какие данные заместить?
Сосредоточьтесь на загрузке данных, а сохранение производите по тем же принципам
№18 слайд
Содержание слайда: В идеале, процессор предугадывает какие данные потребуются и помещает их в кэш
В идеале, процессор предугадывает какие данные потребуются и помещает их в кэш
Но невозможно предсказать будущее
Используйте прошлое, чтобы предсказать будущее – временную и пространственную локальность
Временная локальность: копировать часто используемые данные в кэш-память
Пространственная локальность: копировать также рядом лежащие данные в кэш-память
№19 слайд
Содержание слайда: Ёмкость (C):
Ёмкость (C):
количество байт данных, которое может поместиться в кэш-памяти
Размер строк (b):
количество байт данных, заносимое в кэш-память одновременно
Количество строк (B = C/b):
количество строк в кэш-памяти: B = C/b
Степень ассоциативности (N):
количество строк в наборе
Количество наборов (S = B/N):
каждый адрес памяти отображается только в один набор кэша
№20 слайд
Содержание слайда: Кэш-память состоит из S наборов
Кэш-память состоит из S наборов
Каждый адрес памяти отображается только в один набор кэша
По количеству строк в наборе кэш делиться на:
Прямого отображения: 1 строка в наборе
Наборно-ассоциативный кэш с N секциями: N строк в наборе
Полностью ассоциативный: все строки кэш-памяти в одном наборе
№21 слайд
Содержание слайда: C = 8 слов (ёмкость)
C = 8 слов (ёмкость)
b = 1 слово (размер строки)
Тогда, B = 8 (количество строк)
Нелепо небольшой, но иллюстрирует организацию
№22 слайд
Содержание слайда:
№23 слайд
Содержание слайда:
№24 слайд
Содержание слайда: # MIPS код
addi $t0, $0, 5
loop: beq $t0, $0, done
lw $t1, 0x4($0)
lw $t2, 0xC($0)
lw $t3, 0x8($0)
addi $t0, $t0, -1
j loop
done:
№25 слайд
Содержание слайда: # MIPS код
addi $t0, $0, 5
loop: beq $t0, $0, done
lw $t1, 0x4($0)
lw $t2, 0xC($0)
lw $t3, 0x8($0)
addi $t0, $t0, -1
j loop
done:
№26 слайд
Содержание слайда: # MIPS код
addi $t0, $0, 5
loop: beq $t0, $0, done
lw $t1, 0x4($0)
lw $t2, 0x24($0)
addi $t0, $t0, -1
j loop
done:
№27 слайд
Содержание слайда: # MIPS код
addi $t0, $0, 5
loop: beq $t0, $0, done
lw $t1, 0x4($0)
lw $t2, 0x24($0)
addi $t0, $t0, -1
j loop
done:
№28 слайд
Содержание слайда:
№29 слайд
Содержание слайда: # MIPS код
# MIPS код
addi $t0, $0, 5
loop: beq $t0, $0, done
lw $t1, 0x4($0)
lw $t2, 0x24($0)
addi $t0, $t0, -1
j loop
done:
№30 слайд
Содержание слайда: # MIPS код
# MIPS код
addi $t0, $0, 5
loop: beq $t0, $0, done
lw $t1, 0x4($0)
lw $t2, 0x24($0)
addi $t0, $t0, -1
j loop
done:
№31 слайд
Содержание слайда:
№32 слайд
Содержание слайда: Увеличение размера строки:
Увеличение размера строки:
Размер строки, b = 4 слова
C = 8 слов
Прямое отображение (1 строка на набор)
Количество строк, B = 2 (C/b = 8/4 = 2)
№33 слайд
Содержание слайда:
№34 слайд
Содержание слайда: addi $t0, $0, 5
addi $t0, $0, 5
loop: beq $t0, $0, done
lw $t1, 0x4($0)
lw $t2, 0xC($0)
lw $t3, 0x8($0)
addi $t0, $t0, -1
j loop
done:
№35 слайд
Содержание слайда: addi $t0, $0, 5
addi $t0, $0, 5
loop: beq $t0, $0, done
lw $t1, 0x4($0)
lw $t2, 0xC($0)
lw $t3, 0x8($0)
addi $t0, $t0, -1
j loop
done:
№36 слайд
Содержание слайда: Ёмкость: C
Ёмкость: C
Размер строки: b
Количество строк в кэш-памяти: B = C/b
Количество строк в наборе: N
Количество наборов: S = B/N
№37 слайд
Содержание слайда: Кэш слишком мал, чтобы вместить сразу все данные, представляющие интерес
Кэш слишком мал, чтобы вместить сразу все данные, представляющие интерес
Если кэш заполнен: программа получает доступ к данным X и вытесняет данные Y
Промахи из-за недостаточной ёмкости возникают, когда снова будут необходимы данные Y
Как выбрать такие данные Y, чтобы свести к минимуму вероятность необходимости в них снова?
Замена редко используемых данных (англ. Least recently used, LRU): вытеснение той строки, которая дольше всего не использовалась
№38 слайд
Содержание слайда: Неизбежные: при первом доступе к данным
Неизбежные: при первом доступе к данным
Из-за недостаточной ёмкости: кэш слишком мал, чтобы вместить сразу все данные, представляющие интерес
Из-за конфликтов: данные отображаются в один и тот же набор кэша
Цена промахов: время, необходимое для извлечения строки из более низкого уровня иерархии
№39 слайд
Содержание слайда:
№40 слайд
Содержание слайда:
№41 слайд
Содержание слайда: Какие данные хранить в кэш-памяти?
Какие данные хранить в кэш-памяти?
Недавно использованные данные (временная локальность)
Рядом лежащие данные (пространственная локальность)
Как найти данные?
Набор определяется адресом данных
Слово внутри строки также определяется адресом
В ассоциативном кэше данные могут находиться в одной из нескольких секций
Какие данные заместить?
Замещать те секции данных в наборе, которые дольше не использовались
№42 слайд
Содержание слайда:
№43 слайд
Содержание слайда:
№44 слайд
Содержание слайда: Кэши большего размера имеют меньший процент промахов, но более длительное время доступа
Кэши большего размера имеют меньший процент промахов, но более длительное время доступа
Спроецируйте идею иерархии памяти на несколько уровней кэшей
Уровень 1 (L1): маленький и быстрый (например 16 KB, 1 такт)
Уровень 2 (L2): больший и медленный (например 256 KB, 2-6 циклов)
Большинство современных компьютеров имеют кэши L1, L2 и L3
№45 слайд
Содержание слайда:
№46 слайд
Содержание слайда: Даёт иллюзию большего размера памяти
Даёт иллюзию большего размера памяти
Оперативная память (DRAM) выступает в качестве кэша для жесткого диска
№47 слайд
Содержание слайда:
№48 слайд
Содержание слайда:
№49 слайд
Содержание слайда: Виртуальные адреса
Виртуальные адреса
Программы используют виртуальные адреса
Всё виртуальное адресное пространство хранится на жёстком диске
Подмножество виртуальных адресов данных хранится в DRAM
ЦП транслирует виртуальные адреса в физические адреса (DRAMадреса)
Данные, не помещающиеся в DRAM, выгружаются на жёсткий диск
Зашита памяти
Каждая программа имеет своё виртуальное адресное пространство, отображаемое в физическое
Две программы могут использовать тот же виртуальный адрес для различных данных
Программы не должны знать, как работают другие программы
Одна программа (или вирус) не может повредить память, используемую другой программой
№50 слайд
Содержание слайда:
№51 слайд
Содержание слайда: Размер страницы: количество памяти, переносимое с жесткого диска в DRAM одновременно
Размер страницы: количество памяти, переносимое с жесткого диска в DRAM одновременно
Трансляция адреса: определение физического адреса по виртуальному
Таблица страниц: таблица поиска, используемая для трансляции виртуальных адресов в физические
№52 слайд
Содержание слайда:
№53 слайд
Содержание слайда:
№54 слайд
Содержание слайда: Система:
Система:
Размер виртуальной памяти: 2 ГБ = 231 байт
Размер физической памяти: 128 МБ = 227байт
Размер страницы: 4 КБ = 212 байт
№55 слайд
Содержание слайда: Система:
Система:
Размер виртуальной памяти: 2 ГБ = 231 байт
Размер физической памяти: 128 МБ = 227 байт
Размер страницы: 4 КБ = 212 байт
Организация:
Виртуальный адрес: 31 бит
Физический адрес: 27 бит
Смещение относительно начала страницы: 12 бит
Номеров виртуальных страниц (англ. virtual page number, VPN) = 231/212 = 219 (VPN = 19 бит)
Номеров физических страниц (англ. physical page number, PPN) = 227/212 = 215 (PPN = 15 бит)
№56 слайд
Содержание слайда: 19-битный номер виртуальной страницы
19-битный номер виртуальной страницы
15-битный номер физической страницы
№57 слайд
Содержание слайда: Каков физический адрес виртуального адреса 0x247C?
Каков физический адрес виртуального адреса 0x247C?
№58 слайд
Содержание слайда: Каков физический адрес виртуального адреса 0x247C?
Каков физический адрес виртуального адреса 0x247C?
VPN = 0x2
VPN 0x2 отображается в PPN 0x7FFF
12-битное смещение от начала страницы: 0x47C
Физический адрес = 0x7FFF47C
№59 слайд
Содержание слайда: Таблица страниц
Таблица страниц
Содержит запись для каждой виртуальной страницы
Запись содержит:
Бит достоверности: 1 если страница находится в физической памяти
Номер физической страницы: расположение страницы
№60 слайд
Содержание слайда:
№61 слайд
Содержание слайда:
№62 слайд
Содержание слайда:
№63 слайд
Содержание слайда:
№64 слайд
Содержание слайда:
№65 слайд
Содержание слайда: Таблица страниц большая
Таблица страниц большая
как правило, находится в физической памяти
Загрузка/сохранение требуют два доступа к оперативной памяти:
Один для трансляции (чтение из таблицы страниц)
Один для доступа к данным (после трансляции)
Уменьшает производительность памяти в2раза
Если мы не станем умнее…
№66 слайд
Содержание слайда: Небольшой кэш самых последних трансляций
Небольшой кэш самых последних трансляций
Снижение количества доступов к памяти для большинства загрузок/сохранений с 2 до 1
№67 слайд
Содержание слайда: Доступ к таблице страниц: большая пространственная локальность
Доступ к таблице страниц: большая пространственная локальность
Большой размер страницы: идущие друг за другом загрузки/сохранения имеют большую вероятность доступа к одной и той же странице
TLB
Маленький: доступ < 1 такта
Обычно содержит 16 – 512 записей
Полностью ассоциативный
Обычно процент попадания > 99 %
Снижение количества доступов к памяти для большинства загрузок/сохранений с 2 до 1
№68 слайд
Содержание слайда:
№69 слайд
Содержание слайда: Множество процессов (программ) работают одновременно
Множество процессов (программ) работают одновременно
Каждый процесс имеет свою собственную таблицу страниц
Каждый процесс может использовать всё виртуальное адресное пространство
Процесс может получить доступ только к физической странице, отображённой в его таблице страниц
№70 слайд
Содержание слайда: Виртуальная память увеличивает пропускную способность
Виртуальная память увеличивает пропускную способность
Подмножество виртуальных страниц хранится в физической памяти
Таблица страниц отображает виртуальные страницы в физические – трансляция адресов
TLB повышает скорость трансляции адресов
Наличие различных таблиц страниц для различных программ обеспечивает защиту памяти
№71 слайд
Содержание слайда: Процессор получает доступ к устройствам ввода-вывода так же, как и к памяти (например к клавиатурам, мониторам, принтерам)
Процессор получает доступ к устройствам ввода-вывода так же, как и к памяти (например к клавиатурам, мониторам, принтерам)
Каждому устройству ввода-вывода присваивается один или более адресов
Когда этот адрес обнаруживается, то данные считываются/записываются в устройство ввода-вывода, а не в память
Часть адресного пространства отводится устройствам ввода-вывода
№72 слайд
Содержание слайда: Дешифратор адреса:
Дешифратор адреса:
Смотрит на адрес для того, чтобы определить – какое устройство или память связывается с процессором
Регистры ввода-вывода:
Содержат значения, записываемые в устройство ввода-вывода
Мультиплексор чтения данных:
Осуществляет выбор между памятью или устройствами ввода-вывода и устанавливает их в качестве источника данных, передаваемых процессору
№73 слайд
Содержание слайда:
№74 слайд
Содержание слайда:
№75 слайд
Содержание слайда: Предположим, что устройству ввода‑вывода1 присваивается адрес 0xFFFFFFF4
Предположим, что устройству ввода‑вывода1 присваивается адрес 0xFFFFFFF4
Запишите значение 42 в устройство ввода‑вывода 1
Прочтите значение из устройства ввода‑вывода 1 и поместите его в $t3
№76 слайд
Содержание слайда: Запишите значение 42 в устройство ввода-вывода 1 (0xFFFFFFF4)
Запишите значение 42 в устройство ввода-вывода 1 (0xFFFFFFF4)
addi $t0, $0, 42
sw $t0, 0xFFF4($0)
№77 слайд
Содержание слайда: Прочтите значение из устройства ввода-вывода 1 и поместите его в $t3
Прочтите значение из устройства ввода-вывода 1 и поместите его в $t3
lw $t3, 0xFFF4($0)
№78 слайд
Содержание слайда: Встроенные подсистемы ввода-вывода
Встроенные подсистемы ввода-вывода
Тостеры, светодиоды и т. д.
Подсистемы ввода-вывода персональных компьютеров
№79 слайд
Содержание слайда: Пример микроконтроллера: PIC32
Пример микроконтроллера: PIC32
микроконтроллер
32-битный MIPS процессор
низкоуровневая периферия включает:
последовательные порты
таймеры
аналого-цифровые преобразователи
№80 слайд
Содержание слайда: // C код
// C код
#include <p3xxxx.h>
int main(void) {
int switches;
TRISD = 0xFF00; // RD[7:0] outputs
// RD[11:8] inputs
while (1) {
// read & mask switches, RD[11:8]
switches = (PORTD >> 8) & 0xF;
PORTD = switches; // display on LEDs
}
}
№81 слайд
Содержание слайда: Пример последовательных протоколов
Пример последовательных протоколов
последовательный периферийный интерфейс (англ. Serial Peripheral Interface, SPI)
универсальный асинхронный приемопередатчик (англ. Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART)
а также: I2C, USB, Ethernet и т. д.
№82 слайд
Содержание слайда:
№83 слайд
Содержание слайда:
№84 слайд
Содержание слайда: // Create specified ms/us of delay using built-in timer
// Create specified ms/us of delay using built-in timer
#include <P32xxxx.h>
void delaymicros(int micros) {
if (micros > 1000) { // avoid timer overflow
delaymicros(1000);
delaymicros(micros-1000);
}
else if (micros > 6){
TMR1 = 0; // reset timer to 0
T1CONbits.ON = 1; // turn timer on
PR1 = (micros-6)*20; // 20 clocks per microsecond
// Function has overhead of ~6 us
IFS0bits.T1IF = 0; // clear overflow flag
while (!IFS0bits.T1IF); // wait until overflow flag set
}
}
void delaymillis(int millis) {
while (millis--) delaymicros(1000); // repeatedly delay 1 ms
} // until done
№85 слайд
Содержание слайда: Необходим для взаимодействия с внешним миром
Необходим для взаимодействия с внешним миром
Аналоговый ввод: аналого-цифровое преобразование
Часто включено в микроконтроллер
N битовое: преобразует входной аналоговый сигнал отVref--Vref+ до 0-2N-1
Аналоговый вывод:
Цифро-аналоговое преобразование
Обычно требует внешний чип (например AD558 или LTC1257)
N-битовое: преобразует цифровой сигнал от 0-2N-1 до Vref--Vref+
Широтно-импульсная модуляция
№86 слайд
Содержание слайда:
№87 слайд
Содержание слайда:
№88 слайд
Содержание слайда:
№89 слайд
Содержание слайда:
Скачать все slide презентации Цифровая схемотехника и архитектура компьютера. Иеархия памяти и подсистема ввода-вывода. (Глава 8) одним архивом:
