第4章存储层次结构设计 存储层次结构 Cache基本知识 基本的 Cache优化方法 ·高级的 Cache优化方法 存储器技术与优化 虚拟存储器-基本原理 2021/2/11 计算机体系结构
第4章 存储层次结构设计 • 存储层次结构 • Cache基本知识 • 基本的Cache优化方法 • 高级的Cache优化方法 • 存储器技术与优化 • 虚拟存储器－基本原理 2021/2/11 计算机体系结构 2
存储层次结构 存储系统设计是计算机体系结构设计的关键问题之 价格,容量,速度的权衡 用户对存储器的“容量,价格和速度”要求是相互矛盾的 速度越快,每位价格就高 容量越大,每位价格就低 容量越大,速度就越慢 目前主存一般由DRAM构成 Micr。 processor与 Memory之间的性能差异越来越大 cPU性能提高大约60%/year DRAM性能提高大约9%/ear 2021/2/11 计算机体系结构
存储层次结构 • 存储系统设计是计算机体系结构设计的关键问题之一 – 价格，容量，速度的权衡 • 用户对存储器的“容量，价格和速度”要求是相互矛盾的 – 速度越快，每位价格就高 – 容量越大，每位价格就低 – 容量越大，速度就越慢 – 目前主存一般由DRAM构成 • Microprocessor与Memory之间的性能差异越来越大 – CPU性能提高大约60%/year – DRAM 性能提高大约 9％/year 2021/2/11 计算机体系结构 3
Trends in Dram Year Ch Ip Bus DRAM Type Latency Produced Si Ize Cycle New Request 1980 64 Kbit Asynchronous DRAM 250ns 1983 256 Kbit Asynchronous dRAM 190ns 1986 1 Mbit Asynchronous DRAM 140ns 1989 4 Mbit Asynchronous DRAM 110ns 1992 16 Mbit Asynchronous DRAM 90 ns 1996 64 Mbit SDRAM 10 ns 70 ns 1998 128 Mbit SDRAM 7.5 ns 60 ns 2000 256 Mbit DDR SDRAM 6 ns 55 ns 2002 512 Mbit DDR SDRAM 5 ns 55 ns 2004 1 Gbit DDR2 SDRAM 3 ns 50 ns 2006 2 Gbit DDR2 SDRAM 2ns 45 ns 2010 4 Gbit DDR3 SDRAM 1.5ns 37 ns 2012 8 Gbit DDR3 SDRAM 1 ns 31 ns
Trends in DRAM 2021/2/11 计算机体系结构 4
微处理器与DRAM的性能差异 rocessor-DRAM Memory Gap (latency) 100.000 10.000 Processor-Memory 1,000 Processor Performance Gap 100 Growing 10 Memory 国■■ 口口日口aa 1980198519901995200020052010 Year 2021/2/11 计算机体系结构
Processor-DRAM Memory Gap (latency) 微处理器与DRAM 的性能差异 2021/2/11 计算机体系结构 5 1 1 0 100 1,000 10,000 100,000 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Year Performance Memory Processor Processor-Memory Performance Gap Growing
Microprocessor-DRAM性能差异 ·利用 caches缓解微处理器与存储器性能上的差异 Microprocessor-DRAM性能差异 time of a full cache miss in instructions executed 1st Alpha: 340 ns 5ons= 68 clks x 2 or 136 instructions 2nd alpha: 266ns / 3.3 ns=80 clks x 4 or 320 instructions 3rd Alpha 180 ns/1.7 ns=108 cIks x 6 or 648 instructions 2021/2/11 计算机体系结构
Microprocessor-DRAM性能差异 • 利用caches缓解微处理器与存储器性能上的差异 • Microprocessor-DRAM 性能差异 – time of a full cache miss in instructions executed – 1st Alpha : 340 ns/5.0 ns = 68 clks x 2 or 136 instructions – 2nd Alpha :266 ns/3.3 ns = 80 clks x 4 or 320 instructions – 3rd Alpha :180 ns/1.7 ns =108 clks x 6 or 648 instructions 2021/2/11 计算机体系结构 6