Arhitekture Podsetnik II kolkvijum1.1 S abiranje i oduzimanje celih brojeva - rad sa celobrojnim i relanim – odvojeni podskupovi instrkukcija (ADD, ADD.S, ADD.D)- sabirač i za oduzimanje i sabiranje- komplementan iskaz znaka: komp onsovne i komp. najveće cifre- komp osnove – prenos se gubi, a kod najveće cifre – ne (naknadno se dodaje sumi komplementa u poziciji najmanje cifre)- korisi kod aritmetičkih operac. i izracunav. adresa- serisko i paralelno sabiranje1.2 P aralelni sabirači sa serijskim prenosom ( RCA ) - slika - najkritičnij put za formiranje prenosa iz bita najveće težine- Ts = nT1 = 2nTe (T1 – kroz jednobitni potpuni sabirac, Te – kroz jedan logički element)- statisktički, sabirci dužine n, najduži lanac prenosa log2n- obimna mreža i zavisnost od vrednosti operanada1.3 P aralelni s abirači sa p aralelnim p renosom ( CLA ) - slika - Ts = 5*Te (ne zavisi od sirine sabiraca, zato imaju kratko vreme sabiranja)- obim hardevera koji brzo raste sa br bitova, veliki fan-out, retko se koriste1.4 P aralelni s abirači sa i zborom p renosa ( CSLA ) - slika - skraćivanje puta prenosa - deoba n bitova sabiraka na kraće grupe: n = m*k- obezbediti da svih m, k-bitnih sabirača rade paralelno na n-bitnu sumu- problem – prenos iz predhodne grupe manje težine- u svakoj od m-1 grupa po 2 k-bitna sabirača (jedan računa sa prenosom 0, a drugi sa 1)- izbor sume – u svakoj grupi po k multipleksera- u okviru grupe Tg = 2kTe, što je i Ts – bez vreme kroz mux-ove i I i ILI kola- uzimanjem svega u obzir: Ts = Tg + (m-2)*2*Te+Tmux- pa je to: Ts = k2Te + 2(m-2)*Te+3Te- cena za ubrzanje je dvostruko veći hardver u odnosu na RCA1.5 M noženje p rosto o značenih celih brojeva - slika - 2 varijnate: počev od LSB, ili počev od MSB- kod od najmanje težine, B0 je cifra kojom se trenutno formira parcijlani proizvod- zatim pomeranje (P, B) >> 1, više 1/2 rez u P, a niža u B- pozicija m u P sadrži cifru znaka proizvoda- TM = Ti + kTs + MTp, verovatnoća 0 i 1 u množiocu podjednaka pa – k=m/2- Tm = Ti + m(Ts /2 + Tp) – (Ti pomeranja P i B, m – br jedinica u množiocu B, Ts – sabiranaj P i A)- od najveće cifre, zahteva pomeranje ulevo P i B - B nije moguće koristit za delove sume parcijalnih prouvoda- pa P mora biti 2m bitova kao i upotrbljeni paralelni sabirač- pa su ovo razlozi što je poček ov najmanje težine bolji1.6 M noženje m etodom p reskoka j edinica ( p rekodiranjem m nožioca) - pravila za prekodiranje bin broja: broju X dodati 0 iza cifre najmanej težine- s desna na levo, i analizirati par susednih- 00 i 11 – 0; 01 – 1; 10 – k11.7 Booth -ov algoritam za množenje - slika - direktno množe 2 broja u dvoičnom komplementu, predložio A.D. Booth 1951. godine, - počev od LSB, reg A i P su dužine m+1 bitova, dok je reg B produžen za 1 bit (ona 0)- A i B sadrže na početku množenik i množilac- sadržaj reg preko komplementatora dostavlja na ulaz sabirača- b-1 = 0 – pomoćna cifra za prekodiranje množioca1.8 M noženje p rekodiranjem p arova b itova m nožioca - bpi+1=bi+bi-1-2bi+1

-- pored množenja sa +1 i -1, i sa +2 i -2 – ne otežava se množenje- dovoljno je da +a i –a pomerimo za jedno mesto u levo (i to je kao *2)- br parcijalnih proizvoda prpolovljuje u odnosu na originalno ili Booth-ovo- ovaj način poznat kao Booth-ovo množenje prekodiranjem sa osnovom 4- prekodiranjem tri cifre množiocaa - množenje sa 3 pri formiranju parcijalnog proizv.- rešava se tako što se jednom izračuna parcijalni proizvod 3xa = a+2a koji se po potrebi kasnije poziva1.9 D eljenje celih brojeva sa obn avljanjem p arcijalnog o statka slika- Parcijalni ostatak je ostatak deljenika koji koristimo u tekućem koraku deljenja- deljenik s dužine 2m bit upisuje u reg P i B, - delilac b, dužine m bitva u reg A- u m+1 u P, i m+1 i m u A pozicije znaka- P i B omogućavaju pomeranje u levo, cifra m-1 iz B u 0-tu u P- paralelni sabirač širine m+2 bitova- po završetku u B je q, a u P je ostatak r, reg M defiše broj koraka do zavšetka deljenja- da bi kolicnik stao u reg B, tj 0<=q<=2m-1, mora da je: avp<b.- ako se dobije neg parcijalni ostata, dodaje mu se pomereni delioc da se obnovi jer nesme nikad biti negativan1.10 D eljenje celih brojeva bez obn avljanja p arcijalnog o statka - slika- parcijlani ostatak može biti negativan - nakon pomeranja reg P i B umesto oduzimanja, dodati A- manje br operacija odizimanja, sabiranje ali zahteva složenih upravljanje7.2 Vir tuelni keš - Adresiranje keša može se započeti virtuelnom adresom, a dovršiti prevedenom fizičkom adresom (virtuelni keš).-pomeraj u virtuelnoj adresi, koristi za adresiranje skupa keš blokova i čitanje njihovih etiketa.- Po prevođenju virtuelne u fizičku adresu, ona se može uporediti sa pročitanim etiketama blokova u adresiranom skupu keš blokova.- Prednost virtuelnog keša je pristup bez čekanjana okončanje prevođenja virtuelne adrese.- Veličine primarnih keš memorija su 4 KB÷64 KB, sekundarnih keš memorija su 128 KB÷4 MB, a glavne memorije 256 MB ÷ 16 GB.

2.1 P redstavljanje r ealnih b rojeva sa p okretnom z apetom - na 2 načina: sa fiksom zapetom i sa pokretnom zapetom (mantisa M, ili značajnik Z, eksponen E, i osnova B)- a = 12,56 može kao 12,56*100 ili 1,256*101… - normalizovani oblik- stariji oblik a=M*BE – M normalizovana mantisa, B je 1/B≤M<1 i B={2, 8, 10, 16}- noviji oblik IEEE 754-85, a=Z*BE, Z značajnik 1 ≤Z<2, B = 2. Z je oblika Z=z,f, gde 0≤f<1- prosto iskazivanje znaka (znak i apsolutna vrednost broja)- radi jednostavnijeg poređenja dva br E se predtsavlja: e=E+P, P=2k-1 (stariji oblik) ili P=2k-1-1, a k je br bin cifara eksponenta- transorfamcijom: E iz opsega [-(2k-1-1), 2k-1] pri polarizaciji P=2k-1-1 preslikavaju u opseg vrednosti [0, 2k-1] polarizovanog eksponenta e, a u taj isti opseg preslikava i E iz opsega [-2k-1, 2k-

1-1] pri polarizaciji P=2k-1

- u kompjuteru: znaka s, polarizovanog eksponenta e i mantise M, odnosno razlomka f- kriterijum za prestavljanej: preciznost, opseg ,broj tačaka predstavljenih na brojnoj osi, relativno rastojanje između tačaka, opseg relativnih grešaka zaokruženja itd.2.2 S tandard IEE 754-85 za binarnu aritmetiku sa pokretnom zapetom - slike- standard predviđa - a=Z*Be sa polarizacijom vrednosti P=2k-1-1- celi deo norlanizovanog Z = 1, moguće izostaviti jedinicu – skrvena/implicitna jedinica- 3 foramta: jedno, dvostruka preciznost, i pročirena jednost i dvostr- jednostruka: 32 bit – s -1, e – k=8, f – m=23, Polarizacija P=127- dvostruka: 64 bit – s -1, e – k=11, f – m=52, Polarizacije P=1023- jednostruka proširena: e – k>=11 bit, f - m>= 31 bit- dvostruko prošireni: e - k>= 14 bit, f - m>= 63 bit- Emax i Emin maks i min nepolarizovanih eksponenata normalizovanih br.va, P - polarizacija eksp- specijalne vrednosti: 1,f×2E, Emin≤E≤ Emax

- Denormalizovane vrednosti – umesto - 0 i 1,0×2Emin stavljamo - 0,f×2Emin

- daje postepeno potkoračenje – još 2m-1 vrednosti različitih od nule- smanji greške za blike vrednsoti operanada operacijama oduzimanja2.3 Sab iranje br ojeva sa p okretnom z apetom - svođenjem oba sabirka na isti eksponent- veći mora ostati normlanizovan, pa manji izjednačava sa većim- mora se pomerati značajnik manjeg udesno za broj određen razlikom eksp- ima 5 koraka: 1) izabrati sabirak sa manjim eksponentom i njegov značajnik pomeriti u desno za broj binarnih pozicija određen razlikom eksponenata većeg i manjeg sabirka; 2) za eksp. rezu. uzeti veći eksponent sabiraka; 3) sabrati značajnike i odrediti znak rezu.; 4) ako je potrebno, normalizovati vrednost rez., svesti vrednost razlomka na 23 cifre iza binarne zapete, i ako je potrebno ponovo normalizovati vrednost rez.; 5) proveriti rezultat na prekoračenje-potkoračenje.2.4 M noženje i d eljenje b rojeva sa p okretnom z apetom - množenje: 4 koraka: sabrati eksponente i oduzeti polarizaciju: ec=ea+eb-P; pomnožiti značajnike i odrediti znak rezultata; ako je potrebno, normalizovati vrednost rezultata, svesti vrednost razlomka na 23 cifre iza binarne zapete, i ako je potrebno ponovo normalizovati vrednost rezultata; proveriti rezultat na prekoračenje-potkoračenje.- Oduzimanje polarizacije korišćenja eksponenata u ”viška P” (oba eksponenta su bila polarizovana pa se oduzima jedno P, a jedno zadržava proizvod).- deljenje: prvo: ec=ea-eb+P - Dodavanje polarizacije - da bi se eksponent rezultata zadržao u polarizovanom obliku; - i posle sve to kao za množenje1.8 D odatne c ifre za o čuvanje tač nosti rez ultata i zaokruživanje - dobijaju se rezultati koji mogu imati više od 24 odnosno 53 bin cifre- dovoljno izračunati razlomak rez. sa tri dodatne cifre u odnosu na predviđenu dužinu razlomka- 3 cifre: cifre su cifra zaštite, cifra zaokruženja i lepljivi bit- prve dve sledeće cifre rezultata iza poslednje cifre razlomka- lepljivi bit: 1 ako je ostatak rez., posle izdvajanja razlomka i cif zaštote i zaokruženja različit od 0, inače je 0- lepljivi bit se formira kao rezultat „ili“ logičke operacije svih preostalih bit rezultata iza cif zaštitete i zaokruženja2.5 S vođenje r azlomka rez ultata na pot reban br oj cifara i greške koje se pri tome prave- posle normalnizacije u nekom koraku: Z=1,f-1,f-2...f-23rs- r-cifra zaokruženja, s-lepljivi bit – treba svesti na 23 cifre razlomka- svođenja sa 25 na 23 cifre može na 2 načina: odsecanje i zaokruženje- odsecanje: odbacuju dodatne cifre razlomka- Maks greške aproksimacije je oko jedinice u poziciji cifre f-

23=(2-23). - polarizovana zato što je grška uvek istog (pozitivnog) znaka.- zaokruživanje: 1,f-1,f-2...f-23rs zamenjuje vrednošću dobijenom dodavanjem cif r u poziciji cifre f-23.- kad je r=0 – odsecanje, greška nije polarizovana- Maks greške aproksimacije jednaka je 2-24 (1 u poziciji -24), polovina maks greške pri odsecanju- Standard IEEE 754 predviđa 4 moguća zaokruživanja: zaokruživanje na najbližu vrednost, prema nuli (odsecanje), naviše (ka +∞) i naniže (ka -∞).7.1 Fi zički keš - Keš adresiran fizičkim adresama dolazi u tom lancu iza MMU-a.- Veliki nedostatak obraćanje kešu tek poprevođenja virtuelne adrese.- U ovom rešenju nema nikakvih ograničenja, direktne komunikacije keša i U-I sistema računara.

3.1 N umerički p rocesori - CPU se dodaju funkcionalne jedinice, takva grupa je: FP CPU, numerički CPU ili numerički koprocesor- danas moguće u jednom čipu i centralni i numerički procesor- 1) Numerički CPU u procesoru PA7100: FP ALU, FP množač i FP delitelj koji može izračunavati kvad. koren- FP ALU i FP množač protočno organizovani, FP delitelj nije. - FP ALU obavlja: sabiranja, oduzimanja, poređenja, komplementiranja i prevođenja operanada iz Integer u FP oblik i obrnuto. - FP množač: množenje FP br sa jednostrukom i dvostrukom preciznošću, cele br dužine 32 bita. Pri množenju, parcijalni proizvodi formiraju se prekodiranjem parova cifara množioca. Oni se sumiraju korišćenjem polja sabirača sa pamćenjem prenosa i, u poslednjem stepenu, sabirača sa prostiranjem prenosa. Za deljenje se koristi modifikovani SRT algoritam sa osnovom 4 - algoritam deljenja bez obnavljanja parcijalnog ostatka.- 2) Numerički CPU u procesoru R10000: FP sabirač, FP množač, FP delitelj i FP jedinicu za izračunavanje kvadratnog korena.- Sabirač i množač - protočno org. sa po tri stepena. ostale dve nisu protočno organizovane. - Sabirač: sabiranja/oduzimanja, poređenja i konverzije. - Množač: množenja (parova cifara množioca), prenosa i uslovnog prenosa, deljenje se koristi SRT algoritam sa osnovom 4.- 3) Numerički CPU u procesoru Alpha21264 istovremeno može sledeće: sabiranje/opduzimanje/konverziju, množenje, dve load/store operacije, deljenje i izračunavanje kvadratnog korena. - Sabirač i množač -protočno, sa intervalima ponavljanja operacija od jednog taktnog ciklusa. - množenju - prekodiranjem parova i trojki cifara množioca - sumiraju polja sabirača sa pamćenjem prenosa. - deljenje koristi se iterativni metod recipročnih vrednosti i aproksimacije količnika.- 4) Num. CPU u procesoru Pentium 4 ima: FP sabirač, FP množač, FP delitelj i FP jedinicu za izračunavanje kvadratnog korena. - Sabirač i množač - protočno, preostale dve nisu. - Pored rada sa SP i DP podacima, ovaj procesor može obrađivati i podatke sa preciznošću dužine 128 bitova.3.2 M emoriski Si stem r ačunara : - reg memorija, keš mem., glavna mem., sekundarna mem,- sačinjene od: memoriskog medijuma i upravljački sistem memorije- izdeljena na grupe bitova – memoriske lokacije, svaka sadrži jedistvenu adresu- pristup mem – na osnovu čega: adresni, asocijativni pristup; …načina: proizvoljan (slučajni), sekvecijalni, direktan pristup - nestalne memorije, stalne memorije- kapacitet memorije (KB, MB, GB), vreme pristupa (tA) – latencija mem; vreme ciklusa (tC), propusnost mem (D), u MB/sec, vreme pristupa bloku TB = tA + L/D (L dužina bloka)- slika; snaga disipacije, specifična cena (dolar po MB, dolar po GB), pouzdanost memorije (srednje vreme između otkaza)3.3 DRAM - slika - Dr. Robert Dennard patentirao 1968, Intel 1970 prvi komericjalni 1103, kapacitet 1Kbit- poluprovodnička memo, sa magnetnim jezgrom, memorsika ćelija – MOS tranzistor-kondenzator, informacija naelektrisanje kondenzatora, dinamička – mora se osvežava3.4 S e n s p ojačavači - sadržaj svih memoriskih ćelija se prenosi do sens pojačavača – oni na osnu napona na kondenzatoru određuju bit podatka u toj ćeliji- pristup memoriji - dva koraka: 1) vrsti i pročita sadržaj cele vrste (stranice), 2) koloni koja sadrži adresirani podatak. Razdvajaju RAS i CAS, br adresnih linija = dužini adrese vrste ili kolone (duže)- RAS – adresa vrste, CAS – adr kolone, CS – bira DRAM, WE – upis (inače čitanje), OE – dozvola izlaza podatka3.5 Fa ze pr istupa m emoriji - pretpunjenje (deaktiviraju linije reči, bit linije srednji naponski nivo), pristup vrsti (aktiviranje) i pristup koloni- pristup vrsti je d estr u ktivan – posle završetka pristupa koloni obnavlja njen sadržaj.- tRP - vreme pretpunjenja, tRCD - RAS do CAS kašnjenje i CL - CAS latencija- FPM DRAM - bafer vrste, u kome je prisutan sadržaj cele vrste pročitan pri poslednjem pristupu vrsti – zahteva samo CL umesto tRP + tRCD + CL3.6 SDRAM- rad sinhronizovan sa ulaznim taktnim signalom, Asinhronom jezgru mem dodati upravljački reg – upravlja komandama (kombinacija logičkih nivoa upravljačkih signala – aktiviranje vrste, kolone, čitanje, upis, predpunjenje…)- memorijskih banaka (polja memorijskih ćelija) sa adresnim kolima i sens pojačavačima (baferima vrsta)- ponuđenih dužina grupe podataka - režim grupe (dostavljenoj adresi kolone dodaje se sadržaj brojača grupe)3.7 Ti povi SDRAM mem orija - SDR SDRAM (prenosi po 1 reč u svakom taktnom ciklusu, svi ostali po 2), DDR SDRAM, DDR2 SDRAM i DDR3- razlikuju po obimu pribavljenih podataka po jednom nalogu, načinu prenosa podataka između SDRAM čipa i kontrolera DRAM-a i brzini memorijskog jezgra .- DDR2 i DDR3 – dvostruko/četvorostruko većoj učestanosti od unutrašnje radne učestanosti SDRAM- DDR, DDR2 i DDR3 SDRAM sa n ulazno-izlaznih linija podataka - pribavljaju iz polja podatke dužine 2n, 4n, 8n – mogu da 1 n-to bitni podatak dostave dva puta u toku jednog taktnog ciklusa.- SDRAM brzina prenosa podatka po 1 priključku podataka u Mb/s i latencijom CL.3.8 DIMM i SO DIMM moduli - DDR2 i DDR3 SDRAM pakuju u DIMM i SO DIMM module. - DIMM pločica sa zalemljenih k čipova SDRAM-a, sa dvostranim konektorom sa 240 pinova, od kojih su 64 pina U-I priključci podataka modula. Br čipova k na modulu je: k×n=64- DIMM za priključenje na 64-bitnu memorijsku magistralu - specificiraju na osnovu maksimalnepropusnosti kao PC2 xxxx…

4.1 Osv ežavanje i Up ravljanje DRAM - Osvežavanje DRAM vrsta pročita pa povratnim upisom obnovi (32 ili 64 ms)- istovremeno osvežavaju vrste sa istom adresom u svim bankama.- kontroleri DRAM memorija obavezni pratioci DRAM-a – slika4.2 SRAM- memorijskih ćelija SRAM organizovano kao 2m reči × w bitova - m adresnih ulaza, w ulaza-izlaza podataka i upravljačke ulaze CS; OE; WE- ne multipleksira adresne linije - puna adresa joj se dostavlja istovremeno- čitanje nije destruktuvno - vreme ciklusa ne bude duže od vremena pristupa- SRAM (u odnosu na DRAM) daleko manjeg kapaciteta po čipu, brže, sa konstantnim vremenima pristupa i ciklusa, skuplje i jednostavnije za upravljanje.4.3 ROM- poluprovodnička mem. sa proizvoljnim pristupom, prethodno upisani sadržaj može samo čitati.- Prgramiranje ROMA, 2 načina: maskiranjem u procesu proizvodnje i električnim signalima- EPROM i EEPROM - mogu se programirati i brisati mnogo puta.- Glavna razlika (u odnosu na SRAM) je u implementaciji polja memorijskih ćelija.- Spolja gledano, ROM je organizacije 2m reči × w bitova.- koriste se za trajno čuvanje programa, mikroprograma i nepromenljivih podataka.4.4 Fleš memorija- poluprovodnička, može programirati, brisati, čitati na mestu gde je trajno postavljena u uređaju- NAND i NOR, SLC (1 bit po ćeliji), MLC (više bitova po ćeliji), SLC brži- NAND Fleš: Stranice su osnovni elementi organizacije - Blokovi 2k stranica - organizovani po slojevima - Substrat dva sloja - Čipovi jedan ili više substrata (obliku magacina)- Pojedinačni podaci čitati proizvoljnim redosledom ili sekvencijalno.- programirati pojedinačne stranice, a brisati blokovi.- čipovi fleš memorija kapaciteta nekoliko stotina Mbita do 16 ili 32 Gbita.4.5 A so cij ativne mem orije - asocijativni pristup podacima.- Pristup podatku na osnovu ključa.- Poređenjem datog ključa sa svih podataka da li je traženi podatak u memoriji.4.6 Mem sa Ma gnetnim diskom – Tvrdi disk - zapisivanja bitova podataka u malim ćelijama od feromagnetnih materijala sa dva stabilna magnetna stanja, koja predstavljaju logičke vrednosti 0 i 1.- Ova stanja određena su veličinom ili smerom magnetnog fluksa ćelije.- induktivna glava za upis i čitanjepodataka.- široko koriste kao sekundarne memorije računara.4.7 S e kt ori, p iste i c ilindri - podaci se mogu pročitati ili upisati u blokovima tj - sektorima.- Cela kružnica na površini diska sa smeštenim podacima je - pista - Grupa pista na svim površinama na istom rastojanju od osovine - cilindar.4.8 Vr eme p ristupa p odatku - Vreme pristupa podatku na disku: vreme traženja, rotaciono kašnjenje i vreme prenosa podatka.- Vreme traženja TS vreme potrebno za pomeranje glave na tačnu radijalnu poziciju, od 0.5 ms do 20 ms - Rotaciono kašnjenje TR je vreme potrebno za rotiranje kružnih ploča do nailaska traženog sektora ispod glave diska, od 0 do periode obrtanja diska T, srednjim rotacionim - T/2, od 4 do 10 ms.- Vreme prenosa podataka dužine n sektora sajedne piste, TT : za disk drajv sa r °/min i srednjim brojem sektora po pisti k: TT = 60×1000×n/(r×k) [ms]- Srednje vreme čitanja ili upisivanja u n sektora na 1 pisti: TA = TS(srednje) +T/2 + TT

- Dužina pista je promenljiva, 4.9 Vi šestruko z onsko z a pis ivanje - Tehnika višestruko zonsko zapisivanje - pri istoj linearnoj gustini zapisa, rastući broj sektora - Ovaj pristup grupiše 500-25.000 sukcesivnih pista u zone. - Svaka zona - konstantan broj sektora po pisti, sa skokovitim promenama broja sektora u pistama u sukcesivnim zonama.4.10 B ufer D iska - Elektronika interfejsa u disk drajvu sadrži bafer memoriju, - veličine između 4MB i 32MB, koja ima- dvostruku ulogu: 1) omogućuje da se prenos podataka između memorije sistema i bafera diska i između bafera diska i diska obavlja sa njima svojstvenim brzinama. 2) uloga keš memorije diska - Aplikacije obično pristupaju podacima sekvencijalno – kontroler pribavljanjem unapred sekvencijalnih podataka.4.11 SSD - Stalna memorija izrađena od čipova MLC NAND fleš memorije. - Prednosti: Kraća latencija i veća propusnost, Manja potrošnja i veća pouzdanost, Bešumni rad i manja opasnost od oštećenja pri padu i druge.4.12 H ijerarhijske o rgan iz acije m emorije - dva oslonca: princip lokalnosti programa, fizički zakoni - manje je brže- lokalnost: Knuth 1971. god.: program provodi 90 % vremena u izvršavanju samo 10 % (statičkih) naredbi programa - Vremensku lokalnost i Prostornu lokalnost4.13 K eš m e mo rije - brze memorije malog kapaciteta, umetnute između procesora i glavne memorije računara- pribavi potreban podatak, procesor se obraća keš memoriji- blokovi (linije) podataka, Glavna i keš memorija podeljene su na okvire blokova, (keš blok)- keš memorija mora sastojati od memorije podataka i adresara- adresar: etiketa, V – indikator, M – indikator- B = 2b [B], G = 2g [B]. GB =G/B = 2g/ 2b= 2g-b, C = 2c [B], CB= C/B = 2c/ 2b = 2c-b [blokova].

5.1 S meštanje i t raženje p odataka u keš mem oriji

- potpunim asocijativnim preslikavanjem, skupno-asocijativnim preslikavanjem, i direktnim preslikavanjem.- asocijativnost skupa, A-bločna skupno-asocijativna keš memorija- keš memorije sa skupnoasocijativnim preslikavanjem reprezentativan je i za ostala dva oblika, kada skup spadne nasamo jedan keš blok, kada jedan skup obuhvati sve blokove- Jedinstveni keš, Keš instrukcija i keš podataka- Primarna keš, Sekundarna keš memorija, keš trećeg nivoa5.2 Zam ena b lokova p odataka u k eš mem oriji - Izbor bloka za zamenu može uticati na buduće promašaje, strategija zamene bloka.- strategije zamene: slučajnim izborom (RAND), bloka koji je prvi napunjen (FIFO), blok koji sadrži najmanje skoro korišćeni blok podataka - Ovakvu optimalnu strategiju zamene (OPT)- deo kontrolera keša blok izbora žrtvovanog bloka podataka, - LRU stek pridružuje se svakom skupu keš blokova, stanjem stepena Z, zatečena stanja stepena X i Y…5.3 U pis p oda ta ka u keš m emoriju - Situacija pri upisu u keš nešto je komplikovanija nego pri čitanju, proverom etikete, pri upisu procesor definiše dužinu podatka- sa neposrednim upisom, sa posrednim upisom- pri posrednom upisu izbegla nepotrebna vraćanja nemodifikovanih blokova pri zameni – modifikovan- umetanjem bafera upisa između keš memorije i nižeg nivoa memorije- Tef = Tpog + mTprom - Tprom promašajna kazna, i m je faktor promašaja.5.4 K lasifikacija pr omašaja - Neizbežni promašaji (promašaji hladnog starta ili promašaji prvog obraćanja), Kapacitetni promašaji, Konfliktni i kolizioni promašaji ili interferentni promašaji.- Smanjenje faktora promašaja: povećanje dužine blokova, povećanje asocijativnosti,. keš žrtvovanih blokova, korišćenjem stream buffera, kompilatorom upravljano pribavljanje unapred- Mere za sniženje promašajne kazne: davanje prioriteta promašajima pri čitanju u odnosu na upise, pribavljanje podbloka podataka pri promašaju, rani restart procesora i pribavljanje počev od zahtevane reči, neblokirajuće keš memorije, keš memorija u više nivoa (L2 i L3 keš).- neblokirajuće keš memorije - zahteva uvođenje u keš dodatnih memorijskih struktura- Keš memorije u dva nivoa - - Tef = Tpog + mL1(Tpog L2 + mL2*TpromL2)5.5 Glavna m e m orija - moraju biti programi koji se izvršavaju i podaci koje ti programi koriste- DRAM memorije koriste – pri proizvoljnim pristupima veliku latenciju merenu periodama takta procesora i veliku propusnost- rešenje: velika dužina blokova podataka koje glavna memorija dostavlja keš memoriji- komunicira i sa U/I uređajima: disk drajvovi, grafičke i mrežne kartice5.6 O snovno i p rošireno reš enje – slika - a) Između CPU i prima. keša najčešće se prenose podaci dužine reči…- b) dvostrukom širinom glavne memorije, sekundarnog keša i njihove veze- c) Slanjem naloga, sa jednom adresom, paralelno se pristupa adresiranim lokacijama u svim bankama.- posle svaka memorijska banka ekskluzivno koristi magistralu za vraćanje pročitanog podatka.5.7 M emorija sa p reklapanjem p ristupa - k banaka, k=2c, adresiraju se odbacivanjem c adresnih bitova najmanje težine.- Mem banka 0 sadrži sve reči čije su adrese po modulu k jednake 0- adrese lokacija u memorijskoj banci menjaju se sa korakom k.- idealna za razmenu podataka sa keš - podatke sa sukcesivnim adresama- SDRAM memorije, kada rade u režimu prenosa grupe dužine k reči = kao preklapanjem pristupa sa k memorijskih modula.5.8 V IRTUELNA M EMORIJA - Do prelaska na izvršenje, programi u sekundarnoj memoriji u svom izvršnom objektnom obliku.- punjenje glavne memorije programom, dodela memorije programu,- po završtetku programu se “oduzima” memorija, - upravljanje mem - dodele mem programima, punjenja i oslobađanja mem- Upravljanje postaje složeno: 1) nema dovoljno prostora za držanje celih programa i njima pridruženihpodataka u toku izvršenja programa, 2) u glav. mem. smenjuje se više procesa pri multiprogramskomradu računara.- virtuelna memorija - upravljanje mem učini efikasnijim i sa manje grešaka.- multiprogramskom - izolovanje adresnih prostora različitih programa, dozvoliti kontrolisanu deobu memorije za kooperaciju i sinhronizaciju programa.- Virtuelna memorija objedinjuje: hardverske izuzetke, hardverom potpomognuto prevođenje adresa, glavnu memoriju, disk memoriju i jezgo operativnog sistema da svakom procesu obezbedi veliki, uniformni iprivatni adresni prostor. 5.9 Kl jučna k oncepcija – v irtuelna m emorija - odvajanje virtuelnih (logičkih adresa), koje se koriste u programu, od adresa lokacija glavne memorije i sekundarne memorije u kojima se programi čuvaju. - os na najbolji način dodeliti memoriju tom programu.- svako obraćanje memoriji zahteva prevođenje virtuelne adrese u fizičku adresu,

6.1 MMU

- jedinica za upravljanje memorijom - implementirana u čipu procesora- ne sme adresiranja sa fiksnim adresama (apsolutno adresiranje).- Najpogodniji bazno adresiranje,6.2 Seg mentna i Str anična virtuelna memorija - segmentna virtuelna memorija - spoljašnja fragmentacija memorije- “upakuje” stranice fiksnih dužina - stranična virtuelna memorija – unutrašnja fragmentacija memorije- stranične virtuelne memorije virtuelni - virtuelne stranice, fizičke stranice6.3 Ele menti v irtuelne i f izičke adrese - Virtuelni adr prostor veličine 2v bajtova, V virt stranica- Fizički adr prostor veličine 2r bajtova sadrži R fizičkih stranica- av deli na pomeraj unutar stranice p i broj virtuelne stranice BVS- af , deli na pomeraj unutar stranice p i broj fizičke stranice BFS.6,4 S tranična t ablica i SST - stranične tablice (ST) - za svaku virtuelnu stranicu ima po jednu stavku- Stavka stranične tablice (SST) adresira se BVS, dobijene iz av izdvajanjem p iz nje- P(SST)=1 - pogodak stranice. P(SST)=0 - greška stranice- Pored SST, mora postojati još jedna tablica koja za svaku kreiranu virtuelnu stranicu sadrži njenu adresu na disku.6.5 P revođenje a dresa p ri pogodku - Pogodak:K1: Procesor formira virtuelnu adresu VA i šalje je u MMU. K2: MMU formira adresu stavkestranične tablice A(SST) i upućuje zahtev za pribavljanje SST iz keša/glavne memorije. K3: Keš/glavna memorija vraćaju u MMU zahtevanu SST. K4: MMU formira fizičku adresu i dostavlja je kešu/glavnoj memoriji. K5: Keš/glavna memorija vraćaju procesoru zahtevanu reč podatka- Slika 3,3 drugi deo6.6 P revođenje a dresa p ri g rešci str anice - Greška: K4: Bit P(SST)=0 pa MMU aktivira izuzetak, koji predaje upravljanje procesorom rukovaocuizuzecima greške stranice u kernelu operativnog sistema. K5: Rukovalac izuzecima greške stranice pronalazi žrtvovanu stranicu u glavnoj memoriji (onu koja će biti zamenjena), i ako je ona modifikovana, vraća je na disk. K6: Rukovalac izuzecima greške stranice pribavlja novu stranicu u glavnu memoriju i ažurira u njoj i odgovarajuću SST. K7: Rukovalac izuzecima greške stranice vraća upravljanje procesu koji ga je aktivirao,dovodeći do restartovanja instrukcije na kojoj se javio izuzetak. Procesor ponovo šalje istu virtuelnu adresu u MMU. I sad imamo pogodak- linearna stranična tablica ili potpuna stranična tablica, ima V stavki6.7 TLB- slika 5.4- posebna keš memorije u kojoj se drže najaktuelnije stavke stranične tablice.- obraćanje TLB-u svede na samo jedan taktni ciklus - implementira kao mala keš memorija sa potpunim asocijativnim preslikavanjem.- Stavka TLB-a sadrži kao etiketu BVS na koju se odnosi, BFS u kojoj je prisutna ta virtuelna stranica, indikatore V, R, W i M.- promašaj u TLB-u sledi pristup straničnoj tablici - greška stranice- promene konteksta, do okončanja ovog opsluživanja- prenošenje promašene stranice u glavnu mem, ažuriranje stranične tablice i TLB-a.- pogođenoj stavci TLB-a ili ST proveravaju se bitovi zaštite memorije R i W,- TLB sadrži SST tekućeg procesa, promena konteksta procesa - izmenu celokupnog TLB-a- stavke TLB-a proglasiti nevažećim, što se postiže jednostavnim brisanjem indikatora V- ili etiketi u svakoj stavci TLB-a doda identifikator procesa PID,- Br stavki od 32 do 256, - manjeg obima – keš memorije sa potpunim asocijativnimpreslikavanjem, - većeg obima sa skupnoasocijativnim preslikavanjem i asocijativnošću 2÷4.- CPU sa posebnim keš memorijama instrukcija i podataka imaju i odvojene TLB-e za prevođenje virtuelnih adresa instrukcija i podataka.6.8 Hij erarhijska st ranična ta blica - Linearna struktura ST može se zameniti hijerarhijskom strukturom- Hijerarhijska ST – smanjiti zauzeće glavne memorije delovima straničnih tablica procesa.- Ako je lokalnost obraćanja procesa memoriji slabo izražena, aktivni ST-blokovi se često menjaju.- povećan br obraćanja memoriji = br nivoa stranične tablice.6.9 St rategije prib avljanja i zam ene po dataka u mem oriji - sa diska u glavnu mem pribavljati: po zahtevu, unapred, ili njihovom kombincijom.- pribavljanje po zahtevu virtuelna stranica se sa diska prenosi u memoriju posle nastanka greške stranice. Ona nastaje u okviru instrukcije a ne po njenom završetku- Pribavljanje unapred zasniva se na prostornoj lokalnosti: ako se program obratio stranici i, vrlo je verovatno da će se uskoro obratiti i susednim stranicama6.10 Izb or fi zičke stranice za dodelu - vrši algoritam zamene stranica; - liste nedodeljenih stranica- algoritam zamene je lokalni ili globalni- alg. zamene: FIFO, RANDOM, LRU drugi pogodni kod virt. memo.- najčešće LRU – br kandidata za zamenu veliki, aproksimacija LRU algoritma6.11 Zaš tita mem orije od neo vlašćenog korišćenja - multiprocesa – neovlašćenog pristupa jednog procesa podacima drugog procesa.- omogući deoba nekih programa i/ili podataka u svrhu sinhronizacije- Proces_i i Proces_j imaju: privatne, i deljive stranice - dodeljuju se iste fizičke stranice.- Pri dodeli memorije ovim stranicama upisuju se i odgovarajuće vrednosti indikatora R i W u SST i TLB