Αρχιτεκτονική Υπολογιστών - Κεφάλαιο 4 - Ενότητα3 - Yποενότητα 1

Ποια είναι η επιρροή σε δύο διαφορετικές οργανώσεις κρυφής μνήμης στην επίδοση μιας ΚΜΕ; Υποθέστε ότι η CPI μιας τέλειας κρυφής μνήμης είναι 2.0 και ο κύκλος ρολογιού 2 ns, η αναφορά μνήμης είναι 1.3 ανά εντολή, το μέγεθος και των δύο κρυφών μνημών είναι 64Kb ενώ και οι δύο έχουν ένα μπλοκ μεγέθους 32 bytes. Η μία κρυφή μνήμη είναι άμεσης αντιστοίχησης, ενώ η άλλη 2-δρόμων συνολο-συσχετιστική, η ποινή αποτυχίας κρυφής μνήμης είναι 70 ns και για τις δύο περιπτώσεις. Πρώτα υπολογίστε το Μέσο χρόνο προσπέλασης στη μνήμη και έπειτα την Απόδοση της ΚΜΕ. Υποθέστε ότι το χρόνος επιτυχίας είναι ένα κύκλος ρολογιού και ότι το ρυθμός αποτυχίας του πρώτου 1.4%, ενώ του δευτέρου 1%.

Aπάντηση
Γνωρίζουμε ότι:

Mέσος χρόνος προσπέλασης στη μνήμη = Χρόνος επιτυχίας + Ρυθμός αποτυχίας x Ποινή αποτυχίας
Οπότε για τις δύο κρυφές μνήμες έχουμε:
Mέσος χρόνος προσπέλασης στη μνήμη _{1-δρόμου}= 2.0 + (0,014*70) = 2,98ns
Mέσος χρόνος προσπέλασης στη μνήμη_{2-δρόμου}= 2.0*1,10 + (0,010*70) = 2,9ns

Συνεπώς ο Mέσος χρόνος προσπέλασης στη μνήμη είναι καλύτερος στη 2-δρόμων συνολο-συσχετιστική
Τώρα έχουμε:

ΚΜΕ_χρόνος = IC x ( CPI_{εκτέλεσης} + (Αποτυχίες/εντολές ) * ποινή αποτυχίας ) x Χρόνος κύκλου ρολογιού
= ICx( CPI_{εκτέλεσης} x Χρόνος κύκλου ρολογιού) + [ (Προσπελάσεις στη μνήμη /εντολές) x Ρυθμός αποτυχίας x Χρόνος κύκλου ρολογιού]
Επειδή 70 ns = Ρυθμός αποτυχίας x Χρόνος κύκλου ρολογιού έχουμε:

ΚΜΕ_χρόνος (1-δρόμου) = IC*(2.0*2 + (1,3*0,014*70)) = 5,27*IC
ΚΜΕ_χρόνος (2- δρόμων) = IC*(2.0*2*1,10 + (1,3*0,010*70)) = 5,31*IC
[ ΚΜΕ_χρόνος (2- δρόμων) ] / [ ΚΜΕ_χρόνος (1- δρόμου) ] = 1,01

Σχήμα 4.3.1-Μία 2-δρόμων συνολο-συσχετιστική κρυφή μνήμη 8ΚΒ με έναν επιπρόσθετο πολυπλέκτη στο μονοπάτι. Το τμήμα για τα δεδομένα της κρυφής μνήμης είναι πιο ρεαλιστικά απεικονισμένο. Τα δυο πιο αριστερά ψηφία της μετατόπισης του μπλοκ συνδυάζονται με τον δείκτη για να διευθυνσιοδοτήσουν την 64bits λέξη στη μνήμη, η οποία στη συνέχεια στέλνεται στην ΚΜΕ

Σε αντίθεση με τα αποτελέσματα από την σύγκριση του μέσου χρόνου προσπέλασης στη μνήμη, η κρυφή μνήμη άμεσης αντιστοίχησης οδηγεί σε ελαφρώς καλύτερη μέση απόδοση. Αυτό οφείλεται στο ότι ο κύκλος ρολογιού συρρικνώνεται για να ανταπεξέλθει σε όλες τις εντολές στην περίπτωση των 2-δρόμων, ακόμα και για λιγότερες αποτυχίες. Απ'τη στιγμή που ο χρόνος της ΚΜΕ είναι η τελική μας εκτίμηση και η άμεση αντιστοίχηση είναι ευκολότερη στην υλοποίηση, η προαναφερόμενη κρυφή μνήμη θεωρείται άμεσης αντιστοίχησης.