Home >Documents >1. Introducere - utcluj.ro

1. Introducere - utcluj.ro

Date post:08-Nov-2021
Category:
View:0 times
Download:0 times
Share this document with a friend
Transcript:
SSC-Memorii-14. Arhitecturi RISC
04.11.2020 1Structura sistemelor de calcul (03-1)
Tipuri de memorii
Memoriile rapide sunt costisitoare Costul acestor memorii nu permite utilizarea lor exclusiv într-un sistem de calcul
Este necesar o ierarhie de memorii → combinaie de memorii rapide i mai lente
Localitatea referinelor Într-un interval de timp dat, referinele la memorie tind s se restrâng în zone locale ale memoriei
04.11.2020 3Structura sistemelor de calcul (03-1)
Localitatea spaial Un program utilizeaz date i instruciuni ale cror adrese sunt apropiate unele de altele în spaiul de adrese
Exemple:
Citirea secvenial a instruciunilor din memorie
04.11.2020 4Structura sistemelor de calcul (03-1)
Localitatea temporal Datele sau instruciunile referite recent au o probabilitate ridicat de a fi referite în viitorul apropiat
Exemplu: bucl iterativ
Excepii: salturi sau apeluri de proceduri
04.11.2020 5Structura sistemelor de calcul (03-1)
04.11.2020 6Structura sistemelor de calcul (03-1)
Transferurile de date au loc în blocuri cu dimensiuni fixe → pagini sau linii
Blocurile sunt transferate numai între dou nivele adiacente la un moment dat
Dac datele solicitate de procesor se afl într-un bloc al nivelului superior: succes (“hit”)
Dac datele nu se afl în nivelul superior: eec (“miss”)
04.11.2020 7Structura sistemelor de calcul (03-1)
Rata de succes Rs
Raportul între numrul acceselor la memorie pentru care se obine un succes i numrul total de accese
Rata de eec Re
Re= 1 – Rs
Raportul între numrul acceselor la memorie pentru care se obine un eec i numrul total de accese
04.11.2020 8Structura sistemelor de calcul (03-1)
Dac exist un bloc în memoria Mi: Exist o copie a blocului în nivelele inferioare Mi+1 , …, Mn
Dac un bloc nu este gsit în memoria M1: Se transmite o cerere pentru acest bloc la nivelele inferioare
Dac nu mai exist spaiu în memoria Mi: Se înlocuiete un bloc din Mi utilizând o strategie de înlocuire predefinit
04.11.2020 9Structura sistemelor de calcul (03-1)
Avantajul unui sistem de memorie ierarhic: în majoritatea timpului informaia este preluat din nivelul cel mai rapid M1
Timpul de acces mediu al memoriei: apropiat de timpul de acces al nivelului superior
Costul mediu unitar al sistemului de memorie: apropiat de costul nivelului inferior
04.11.2020 10Structura sistemelor de calcul (03-1)
Ierarhia memoriilor
Memorii semiconductoare
Metoda de scriere
Posibilitatea distrugerii informaiilor
Access secvenial Locaiile pot fi accesate numai într-o anumit ordine predeterminat
Organizat în blocuri numite înregistrri
Unele memorii utilizeaz un mecanism de acces sau cap de citire-scriere partajat
Timpul de acces la o locaie arbitrar este variabil
Exemple: uniti de band magnetic; memorii flash NAND
04.11.2020 13Structura sistemelor de calcul (03-1)
Access aleatoriu Locaiile pot fi accesate în orice ordine
RAM – Random Access Memory
Timpul de acces este independent de locaia care trebuie accesat
Mecanism separat de adresare pentru fiecare locaie
Exemplu: memorii semiconductoare
Blocurile individuale au o adres unic bazat pe poziia fizic
Acces direct pân în vecintatea locaiei
Cutare secvenial sau ateptare pân la locaia final
Timpul de acces este variabil
Exemplu: uniti de disc magnetic
04.11.2020 15Structura sistemelor de calcul (03-1)
Acces asociativ Memorie asociativ: un cuvânt este regsit pe baza unei poriuni a coninutului su i nu a adresei
Fiecare locaie are propriul mecanism de adresare
Timpul de acces este independent de locaia care trebuie accesat sau de accesele precedente
04.11.2020 16Structura sistemelor de calcul (03-1)
Metoda de acces
Posibilitatea distrugerii informaiilor
Poate fi reversibil sau permanent Memorii cu citire-scriere (R/W): permit citirea i scrierea în timpul funcionrii
Sunt numite memorii cu acces aleatoriu (RAM) → denumire improprie
Memorii numai cu citire (ROM – Read Only Memory): coninutul lor nu poate fi modificat
Citirea: metode de acces aleatoriu Scrierea: parte a procesului de fabricaie
04.11.2020 18Structura sistemelor de calcul (03-1)
Memorii PROM (Programmable ROM) Scrierea (“programare”): prin semnale electrice, de ctre furnizor sau utilizator
Memorii EPROM (Erasable PROM)
Înaintea scrierii, toate celulele de memorie trebuie terse
Memorii EEPROM (Electrically Erasable PROM) Scrierea se poate efectua fr tergerea prealabil a coninutului
04.11.2020 19Structura sistemelor de calcul (03-1)
Metoda de acces
Metoda de scriere
Citirea distructiv DRO – Destructive Readout
La anumite memorii, operaia de citire distruge informaiile memorate
Fiecare citire trebuie urmat de o operaie de scriere pentru refacerea coninutului
Refacerea este efectuat automat utilizând un registru buffer
04.11.2020 21Structura sistemelor de calcul (03-1)
Citirea nedistructiv NDRO – Non-Destructive Readout
Citirea nu afecteaz informaiile memorate
Memorarea dinamic Memorii dinamice: necesit reîmprosptarea periodic a coninutului Informaia memorat are tendina de a se modifica dup un anumit timp Pentru reîmprosptare se utilizeaz registre buffer
04.11.2020 22Structura sistemelor de calcul (03-1)
Memorarea static Memorii statice: nu necesit reîmprosptare
Volatilitatea Memorii volatile: lipsa tensiunii de alimentare distruge informaiile memorate
Memoriile RAM semiconductoare dinamice i statice: volatile
Memoriile ROM i variantele lor: nevolatile
Memorii secundare: nevolatile
Ierarhia memoriilor
Organizarea memoriilor
Proiectarea memoriilor
Memorii stivuite
Memorii DRAM
Memorii flash
04.11.2020 25Structura sistemelor de calcul (03-1)
Dou tipuri de memorii cu acces aleatoriu: statice (SRAM) i dinamice (DRAM)
Volatile
Memorii statice Celule similare cu bistabilele Metode care minimizeaz complexitatea celulelor i numrul de conexiuni În mod tipic, o celul SRAM necesit ase tranzistoare Citirea este nedistructiv
04.11.2020 26Structura sistemelor de calcul (03-1)
Sunt mai rapide decât memoriile dinamice
Circuitele SRAM au fost utilizate pentru memorii cache externe
Procesoarele actuale integreaz trei nivele de memorii cache (L1, L2, L3)
Memoriile SRAM integrate pot avea cuvinte cu dimensiunea egal cu a blocului memoriei cache
Timpul de acces (tA) la o memorie cache este proporional cu numrul de blocuri coninute
Memorii cache L3: tA = 2..8 x tA al memoriilor L2; tA < 1/5 tA al memoriilor DRAM
04.11.2020 27Structura sistemelor de calcul (03-1)
Memorii dinamice Strile 1 i 0 corespund prezenei sau absenei unei sarcini a unui condensator
Citirea este distructiv
Se reîmprospteaz o linie întreag a matricei de memorie
Reîmprosptarea necesit < 5% din timpul total de utilizare a memoriei
04.11.2020 28Structura sistemelor de calcul (03-1)
O celul de memorie DRAM poate fi construit utilizând un singur tranzistor
Densitatea de memorare este mai ridicat decât la memoriile SRAM → cost mai redus
O alt implicaie a utilizrii condensatorului: este necesar preîncrcarea
Liniile care detecteaz sarcina condensatorului sunt aduse într-o stare intermediar (între 0 logic i 1 logic)
Celul MOS SRAM (a) i DRAM (b) → 04.11.2020 29Structura sistemelor de calcul (03-1)
04.11.2020 30Structura sistemelor de calcul (03-1)
Memorii statice i dinamice
Memorii stivuite
Memorii DRAM
Memorii flash
Organizarea 1D Matricea de memorie: 2m locaii adresabile
Fiecare locaie memoreaz un cuvânt de w bii → 2m w celule de memorie
Fiecare celul este conectat la un set de semnale de date, adrese i de control
Pe fiecare linie de date exist un driver → amplificator de semnal
04.11.2020 32Structura sistemelor de calcul (03-1)
04.11.2020 33Structura sistemelor de calcul (03-1)
Organizarea 2D Organizarea cea mai utilizat
Organizare bidimensional sau linie- coloan
Cuvântul de adres de m bii este divizat în dou pri: X (mx bii) i Y (my bii)
Matrice rectangular de Nx linii i Ny coloane
04.11.2020 34Structura sistemelor de calcul (03-1)
04.11.2020 35Structura sistemelor de calcul (03-1)
Avantajele organizrii 2D: Necesit un numr mai redus de circuite de acces decât organizarea 1D
Dac Nx = Ny = N, numrul driverelor de adres necesare este 2N (NxNy = N 2 drivere la organizarea 1D)
Dou decodificatoare de adres 1:N (un decodificator 1:N 2 pentru 1D)
Favorizeaz structurile bidimensionale VLSI
Memorii statice i dinamice
Memorii stivuite
Memorii DRAM
Memorii flash
04.11.2020 38Structura sistemelor de calcul (03-1)
Problem de proiectare a memoriei Utilizând circuite integrate RAM de N w bii, s se proiecteze o memorie de N' w' bii, N' > N i/sau w' > w
Metoda general: realizarea unei matrice de p q circuite integrate, unde p = N' /N , q = w' /w
Fiecare linie memoreaz N cuvinte
Fiecare coloan memoreaz un set de w bii din fiecare cuvânt
04.11.2020 39Structura sistemelor de calcul (03-1)
Exemplu: Proiectarea unei memorii RAM de N 4w bii utilizând circuite integrate de N w bii → extinderea dimensiunii cuvântului
p = 1
q = 4
Sunt necesare 4 circuite integrate
Fiecare circuit integrat conine o poriune de w bii din fiecare cuvânt memorat
04.11.2020 40Structura sistemelor de calcul (03-1)
04.11.2020 41Structura sistemelor de calcul (03-1)
Exemplu: Extinderea numrului de cuvinte memorate cu un factor de patru
p = 4
q = 1
Sunt adugate dou linii la magistrala de adrese
Trebuie introdus un decodificator de adres 2:4
04.11.2020 42Structura sistemelor de calcul (03-1)
04.11.2020 43Structura sistemelor de calcul (03-1)
Memorii statice i dinamice
Circuitul de memorie DRAM Micron Technology MT48LC64M8A2 (8A2)
Capacitatea: 512 Mbii (229 bii)
Organizarea: 226 B → 16 M 8 4 bancuri
Dimensiunea adreselor de memorie: m = 26
Dimensiunea cuvintelor de date: w = 8
Adresa de 26 bii este divizat în: Adresa de linie: 15 bii (2 bii: adresa bancului BA)
Adresa de coloan: 11 bii
04.11.2020 45Structura sistemelor de calcul (03-1)
Se utilizeaz numai 15 linii externe de adrese → capsul cu 54 de pini
Adresele de linie i de coloan trebuie multiplexate pe magistrala de adrese
Multiplexarea este controlat de dou semnale: RAS (Row Address Strobe) i CAS (Column Address Strobe)
RAS: valideaz adresa de linie
CAS: valideaz adresa de coloan
04.11.2020 46Structura sistemelor de calcul (03-1)
04.11.2020 47Structura sistemelor de calcul (03-1)
Imaginea original © Micron Technology, Inc.
Spaiul adreselor de memorie (pentru fiecare banc): 8192 linii, fiecare coninând 2048 locaii de 8 bii
Fiecare celul de memorie trebuie citit pentru a fi reîmprosptat cel puin o dat la fiecare 64 ms
Structura de adresare 2D face posibil citirea i refacerea coninutului unei întregi linii de locaii într-un singur ciclu de citire
04.11.2020 48Structura sistemelor de calcul (03-1)
Memorii statice i dinamice
Memorii DRAM
Memorii flash
04.11.2020 49Structura sistemelor de calcul (03-1)
Circuite suprapuse de memorie DRAM Înglobate în aceeai capsul cu cea a procesorului
Se reduce timpul de acces
Embedded DRAM (eDRAM)
Dou variante Stivuirea direct pe capsula procesorului (3D): dificulti la eliminarea cldurii
Stivuirea doar a circuitelor DRAM (2.5D): se utilizeaz un strat intermediar pentru conexiuni
04.11.2020 50Structura sistemelor de calcul (03-1)
Imaginea original © Advanced Micro Devices, Inc.
04.11.2020 51Structura sistemelor de calcul (03-1)
Exemplu de memorie stivuit: HBM HBM – High Bandwidth Memory Utilizeaz varianta 2.5D Pân la 8 sau 12 straturi de circuite DRAM Strat cu un controler de memorie Interconexiuni verticale Conectarea la procesor prin interfee fizice i un strat intermediar de siliciu Stivele de memorie, procesorul i stratul de siliciu sunt înglobate într-o singur capsul
04.11.2020 52Structura sistemelor de calcul (03-1)
Generaia a doua (HBM2)
Rata de transfer: 2 GT/s pe linia de comunicaie
Fiecare circuit DRAM din stiv comunic prin dou canale de 128 bii
Stiv cu 4 circuite DRAM: Limea interfeei de 4 x 2 x 128 = 1024 bii
Rata de transfer total de 256 GB/s
Capacitatea memoriei: pân la 8 GB pe capsul
04.11.2020 53Structura sistemelor de calcul (03-1)
Generaia a doua îmbuntit (HBM2E) Rata de transfer: 2,4 GT/s pe linie Rata de transfer total pentru o stiv cu 4 circuite DRAM: 307,2 GB/s Capacitate maxim: 24 GB (12 circuite DRAM)
Generaia a treia (HBM3) Va crete rata de transfer la 512 GB/s pe capsul
Avantaje: Performane ridicate, consum redus, spaiu redus
Dezavantaj: Cost ridicat
04.11.2020 54Structura sistemelor de calcul (03-1)
Într-un sistem de calcul se utilizeaz o ierarhie de memorii cu costuri i viteze diferite
Localitatea referinelor este o proprietate important pe care se bazeaz sistemele de memorie ierarhice
O caracteristic a unei memorii este metoda de acces: indic ordinea sau secvena de acces
Acces secvenial, aleatoriu, direct, asociativ
Metoda de scriere: reversibil sau permanent Memorii PROM, EPROM, EEPROM
04.11.2020 55Structura sistemelor de calcul (03-1)
Citirea informaiilor poate fi distructiv sau nedistructiv
Memoriile semiconductoare cu acces aleatoriu pot fi statice sau dinamice
Principalele tipuri de organizri ale memoriilor sunt organizarea 1D i organizarea 2D
Problema de proiectare a memoriilor const în extinderea dimensiunii cuvântului i/sau extinderea numrului de cuvinte dintr-un circuit integrat de memorie
04.11.2020 56Structura sistemelor de calcul (03-1)
Localitatea referinelor la memorie
Avantaje ale unui sistem de memorie ierarhic
Metode de acces la memorie
Accesul secvenial la memorie
Accesul aleatoriu la memorie
Accesul direct la memorie
Accesul asociativ la memorie
Memorii PROM, EPROM, EEPROM
Citirea distructiv a memoriilor
Problema de proiectare a memoriilor
Variante de memorii stivuite

Click here to load reader

Reader Image
Embed Size (px)
Recommended