memoria caché - Arcos

Ejercicios
Jerarquía de Memoria
Grupo ARCOS
Estructura de Computadores
Grado en Ingeniería Informática
Universidad Carlos III de Madrid
Contenidos
1.
Memoria caché
CPU
2.
Memoria
principal
cache
Memoria virtual
…
lw $t0 vector
…
M. virtual
2
M. principal
M. secundaria
ARCOS @ UC3M
Alejandro Calderón Mateos
Problema
Sea un computador cuyo sistema de memoria es
el que se describe a continuación:
Una memoria principal:
Una memoria caché:
Tiempo de acceso: 200 ns (incluida la gestión del fallo de
caché)
Tiempo de acceso: 10 ns.
La probabilidad de acierto en caché (h) es del 95%
Se pide:
a)
Calcule el tiempo medio de acceso a memoria
en dicho computador
ARCOS @ UC3M
Alejandro Calderón Mateos
Problema
Sea un computador cuyo sistema de memoria es
el que se describe a continuación:
Una memoria principal:
Una memoria caché:
Tiempo de acceso: 40 ns (incluida la gestión del fallo de caché)
Tiempo de acceso: 10 ns.
Se pide:
a)
Calcule la tasa de aciertos de la memoria caché para
que el tiempo medio de acceso a memoria sea,
como máximo de 20 ns.
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Alejandro Calderón Mateos
Problema
Sea un computador con una memoria caché y principal
con las siguientes características:
Tiempo de acceso a memoria caché de 4 ns (Tca)
Tiempo de acceso a memoria principal de 80 ns (Tmp)
Tiempo para servir un fallo de caché de 120 ns (Tfallo)
Política de escritura inmediata
En este computador se ha observado que la tasa de aciertos
a la memoria caché es del 95 % y
que cada 100 accesos, 90 son de lectura.
Se pide:
a)
Calcular el tiempo medio de acceso a memoria (Tm).
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Problema
Sea un computador cuyo sistema de memoria como
el que se describe a continuación:
Una memoria principal de tipo DRAM de 512 Mbytes y
un tiempo de acceso de 200 ns, incluida la gestión del
fallo de caché.
Una memoria caché con las siguientes características:
Tamaño: 16 KBytes
Tamaño de la línea: 64 Bytes.
Función de correspondencia: asociativa por conjuntos de 4 vías
Política de reemplazo: FIFO (First In, First Out)
Tiempo de acceso: 10 ns.
La probabilidad de acierto en caché (h) es del 95%
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Problema (cont.)
Se pide:
a)
Haga un dibujo de la estructura de la memoria
caché descrita, indicando el número de conjuntos y
el tamaño de cada conjunto en bytes
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Problema
Sea un computador de 32 bits con el juego de
instrucciones del MIPS, que ejecuta el
siguiente fragmento de código cargado a partir
de la dirección 0x00000000
bucle:
li
li
li
addi
addi
bneq
$t0,
$t1,
$t2,
$t1,
$t2,
$t1,
1000
0
0
$t1, 1
$t2, 4
$t0, bucle
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Problema (cont.)
Este computador dispone de una memoria
caché asociativa por conjunto de 4 vías, de 32
Kbytes y líneas de 16 bytes.
Se pide:
Calcule de forma razonada el número de fallos de
caché y la tasa de aciertos que produce el
fragmento de código anterior, asumiendo que se
ejecuta sin ninguna interrupción y que la memoria
caché está inicialmente vacía.
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Problema
Sea un computador de 32 bits con una memoria caché
para datos de 8 KB y línea de 64 bytes.
Sea el siguiente fragmento de código:
/* considere que un double ocupa 8 bytes y
que los tres vectores se encuentran dispuestos en memoria de forma consecutiva */
double a[1024], b[1024], c[1024];
…..
for (int i = 0; i < 1024; i++)
a[i] = b[i] + c[i];
Se pide:
a) Calcular la tasa de fallos global si la política de
correspondencia es directa y la política de escritura
es diferida o aplazada
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Contenidos
1.
Memoria caché
CPU
2.
Memoria
principal
cache
Memoria virtual
…
lw $t0 vector
…
M. virtual
11
M. principal
M. secundaria
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Problema
Sea un procesador con memoria virtual paginada
de direcciones virtuales de 32 bits y páginas de 2 KB.
Se pide:
a) Indique el formato de la dirección virtual, así como el
número máximo de páginas que puede tener un
programa en ejecución en este computador
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Problema
Si un computador trabaja con direcciones de 16 bits,
y posee páginas de tamaño 2 KB
¿Qué tamaño de memoria virtual podremos direccionar?
¿Cuántas páginas tendrá la memoria virtual?
¿Cuál será el tamaño del marco de página?
¿Suponiendo que la memoria física es de 8 KB,
cuántos marcos tendremos?
¿Cuántos bits de la dirección de memoria virtual
se utilizan para seleccionar entradas en la tabla de páginas
si esta es de único nivel?
¿Para que emplearemos los bits restantes de la
dirección de memoria virtual?
¿Cuántas entradas tendrá la tabla de páginas?
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Problema
Dado un hipotético computador con memoria
virtual paginada con un espacio de direcciones
virtuales de 64 KB, una memoria física de 8 KB.
En este computador, que direcciona la memoria
por bytes, el número de páginas por proceso es
como máximo de 512. En un instante de tiempo
dado, la tabla de páginas del proceso en
ejecución contiene la siguiente información:
14
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Problema (cont.)
Se pide:
15
Calcule el tamaño de cada página y el número
de marcos de página.
¿Cuántas páginas tiene asignadas el proceso
en ejecución?
¿Para qué se utiliza el bit M?
Indique el formato de las direcciones virtuales
especificando el tamaño de los campos y el
significado de cada uno.
Indique las direcciones físicas, en decimal y
hexadecimal, correspondientes a las
direcciones virtuales 258 y 1973 expresadas
ambas en decimal.
¿Por qué una referencia a la memoria virtual
suele requerir dos accesos a memoria física?
¿Conoce alguna técnica para evitar duplicar el
tiempo de acceso en esquemas de memoria
virtual?
PM
marco/bloque
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
000010
000001
000110
000000
000100
000011
000100
000010
000110
000101
000000
000111
000011
000101
000001
000111
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