Κεφάλαιο 4 | Ενότητα3 | Ερωτήσεις επισκόπησης | Επόμενο| Λεξικό όρων

Μέτρηση της απόδοσης της κρυφής μνήμης

Τόσο το πλήθος των εντολών όσο και ο ρυθμός αποτυχίας είναι ανεξάρτητα από το υλικό και την ταχύτητά του, γι' αυτό έχουν χρησιμοποιηθεί για να εκτιμηθεί η απόδοση της ιεραρχίας μνήμης. Οι έμμεσοι αυτοί τρόποι μέτρησης της απόδοσης έχουν προβληματίσει τους σχεδιαστές των ηλεκτρονικών υπολογιστών, με κατάληξη το καλύτερο μέτρο για την απόδοση της κρυφής μνήμης να θεωρείται ο μέσος χρόνος πρόσβασης στη μνήμη (τύπος 4.6):

Μέσος χρόνος πρόσβασης στη μνήμη = χρόνος επιτυχίας x ρυθμός επιτυχίας x ποινή αποτυχίας
(τύπος 4.6)

'Οπου :

YποσημείωσηΟ μέσος χρόνος πρόσβασης στη μνήμη αποτελεί και αυτός έμμεσο μέτρο της απόδοσης, αλλά πολύ καλύτερο απ'τον ρυθμό αποτυχίας. Ωστόσο σε καμία περίπτωση δεν αντικαθιστά τον χρόνο εκτέλεσης.

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1

Θυμάστε τον τύπο ο οποίος μας δίνει την απόδοση της ΚΜΕ σε σχέση με το χρόνο μιας επιτυχίας ή μιας αποτυχίας της κρυφής μνήμης; Να καταγράψετε τον τύπο αυτό και να τον συγκρίνετε με τον τύπο 4.7 που ακολουθεί. Για περισσότερες λεπτομέρειες να ανατρέξετε στην 2η ενότητα του κεφαλαίου 1 και συγκεκριμένα στην υποενότητα: «Η τοπικότητα της αναφοράς και η απόδοση της ΚΜΕ».


Xρόνος ΚΜΕ = (Κύκλοι Ρολογιού εκτέλεσης ΚΜΕ + Κύκλοι ρολογιού καθυστέρησης μνήμης) x Xρόνος κύκλου ρολογιού
(τύπος 4.7)

Οι σχεδιαστές στην προσπάθειά τους να απλοποιήσουν τις εναλλακτικές επιλογές τους στον υπολογισμό της απόδοσης της κρυφής μνήμης, συχνά υποθέτουν ότι οι καθυστερήσεις της μνήμης οφείλονται κυρίως στις αποτυχίες της κρυφής μνήμης. Η υπόθεσή τους ευσταθεί, αφού στην ιεραρχία μνήμης κύριοι υπαίτιοι για τις καθυστερήσεις, είναι άλλοι, όπως ο ισχυρισμός για τις συσκευές Εισόδου/Εξόδου που χρησιμοποιούν τη μνήμη. Ωστόσο, είναι σημαντικό να λαμβάνουμε υπόψη μας όλες τις καθυστερήσεις της μνήμης στον υπολογισμό της τελικής απόδοσης του συστήματος.
Ο τύπος (4.7) για το χρόνο της ΚΜΕ, εισάγει ερωτήματα, όπως "πότε οι κύκλοι ρολογιού για επιτυχία της κρυφής μνήμης λαμβάνονται υπόψη στους κύκλους ρολογιού εκτέλεσης ΚΜΕ και πότε στους κύκλους ρολογιού καθυστέρησης μνήμης; ". Και οι δύο συμβάσεις έχουν τους υποστηριχτές τους, ωστόσο ισχυρότερη παρουσιάζεται η πρώτη θέση. Οι κύκλοι ρολογιού καθυστέρησης μνήμης προσδιορίζονται απ' τον αριθμό των προσβάσεων στη μνήμη ανά πρόγραμμα, την ποινή αποτυχίας (σε κύκλους ρολογιού) και του ρυθμού αποτυχίας για τις αναγνώσεις και τις εγγραφές (τύπος 4.8):

Κύκλοι ρολογιού Καθυστέρησης μνήμης = Αναγνώσεις x Ρυθμός Αποτυχίας Ανάγνωσης x
Ποινή Αποτυχίας Ανάγνωσης + Εγγραφές x Ρυθμός Αποτυχίας Εγγραφής x
Ποινή Αποτυχίας Εγγραφής
(τύπος 4.8)

 

Αν συνδυάσουμε τις εγγραφές και τις αναγνώσεις και υπολογίζοντας το μέσο ρυθμό πρόσβασης, τη μέση ποινή αποτυχίας για αναγνώσεις και εγγραφές, ο τύπος 3 απλοποιείται στην μορφή του τύπου 4.9:

Κύκλοι ρολογιού Καθυστέρησης μνήμης = Προσπελάσεις στη μνήμη x Ρυθμός Αποτυχίας x Ποινή Αποτυχίας Ανάγνωσης
(τύπος 4.9)

Ο τύπος 4.9 προσεγγίζει τους κύκλους ρολογιού καθυστέρησης της μνήμης, αφού ο ρυθμός αποτυχίας και η ποινή αποτυχίας είναι διαφορετικός για τις εγγραφές και τις αναγνώσεις.
Αν στα δεδομένα γίνεται αναφορά στο πλήθος εντολών, στο χρόνο εκτέλεσης και στους κύκλους για την καθυστέρηση της μνήμης, υπολογίζουμε το χρόνο της ΚΜΕ με τον τύπο 4.10 που περιλαμβάνει τις προσπελάσεις της μνήμης ανά εντολή, το ρυθμό αποτυχίας και την ποινή αποτυχίας:

Χρόνος KME = IC x ( CP IΕκτέλεσης +
Προσπελάσεις Μνήμης ανά εντολή x ρυθμός αποτυχίας x ποινή αποτυχίας ) x
Xρόνος κύκλου ρολογιού
(τύπος 4.10)

 

'Oπου:
CPI - κύκλοι ρολογιού ανά εντολή
IC - πλήθος εντολών

  Kάποιοι σχεδιαστές στηριζόμενοι στην ισότητα :

έχουν μία ακόμα επιλογή ανεξάρτητη από την υλοποίηση του υλικού. Το μειονέκτημα εντοπίζεται στην εξάρτηση του λόγου Αποτυχίες / Εντολή, απ΄την αρχιτεκτονική του υπολογιστικού συστήματος. Για παράδειγμα, ο μέσος όρος προσπελάσεων στη μνήμη διαφέρει για έναν 80x86 και για έναν DLX.

Καταλήγουμε στο τύπο 4.11, για πιο βελτιωμένη εκτίμηση της απόδοσης της κρυφής μνήμης:

Xρόνος ΚΜΕ =IC x (CPI εκτέλεσης + Κύκλοι ρολογιού καθυστέρησης μνήμης ανά εντολή) x Xρόνος κύκλου ρολογιού
(τύπος 4.11)


ΠαράδειγμαΠαράδειγμα 1o

  Η επίδραση της συμπεριφοράς της κρυφής μνήμης στην Απόδοση έγινε φανερή μέσα από το παράδειγμα. Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι με χαμηλό CPI και γρήγορο ρολόϊ, οι αποτυχίες της κρυφής μνήμης έχουν διττή επιρροή στη ΚΜΕ:

  Ένας εύλογος σκοπός αποτελεί η μείωση του μέσου χρόνου προσπέλασης στη μνήμη, ωστόσο ας έχουμε κατά νου ότι ο απώτερος και τελικός σκοπός μας είναι να μειώσουμε το χρόνο εκτέλεσης της ΚΜΕ.


ΠαράδειγμαΠαράδειγμα 2o

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2

Σύμφωνα με όσα γνωρίζετε (θεωρία, τύπους) για την απόδοση της κρυφής μνήμης, να προτείνετε τρόπους για τη βελτίωσή της. Να συγκρίνετε την απάντησή σας με την παράγραφο που ακολουθεί: «Βελτίωση της απόδοσης της κρυφής μνήμης».



 Bελτίωση της απόδοσης της κρυφής μνήμης

O τύπος για τον υπολισμό του μέσου χρόνου πρόσβασης στη μνήμη:

Μέσος χρόνος πρόσβασης στη μνήμη = χρόνος επιτυχίας + ρυθμός αποτυχίας x ποινή αποτυχίας
μας έδωσε ένα πλαίσιο εργασίας για να παρουσιάσουμε τις βελτιστοποιήσεις στη κρυφή μνήμη αλλά και τις διάφορες τεχνικές βελτίωσης της λειτουργίας της. Μπορούμε να τις εντάξουμε σε τρεις κατηγορίες:

  • Μείωση του ρυθμού αποτυχίας
  • Μείωση της ποινής αποτυχίας
  • Μείωση του χρόνου επιτυχίας

Xρόνος επιτυχίας είναι ο χρόνος που μεσολαβεί για να συμβεί μία επιτυχία στη κρυφή μνήμη.