Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

Σχετικά έγγραφα
Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Συστήματα Παράλληλης & Κατανεμημένης Επεξεργασίας

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Λογιστική Κόστους Ενότητα 8: Κοστολογική διάρθρωση Κύρια / Βοηθητικά Κέντρα Κόστους.

Νέες Τεχνολογίες και Καλλιτεχνική Δημιουργία

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Διοικητική Λογιστική

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Τεχνολογία & Καινοτομία - Αρχές Βιομηχανικής Επιστήμης

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

Τεχνοοικονομική Μελέτη

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Διοίκηση Εξωτερικής Εμπορικής Δραστηριότητας

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Εισαγωγή στην πληροφορική

Λογιστική Κόστους Ενότητα 11: Λογισμός Κόστους (1)

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Λογιστική Κόστους Ενότητα 11: Λογισμός Κόστους

Νέες Τεχνολογίες και Καλλιτεχνική Δημιουργία

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 3: Έλεγχοι στατιστικών υποθέσεων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 1: Καταχώρηση δεδομένων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 10η Άσκηση Αλγόριθμος Dijkstra

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 2: Περιγραφική στατιστική

Ιστορία της μετάφρασης

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών Ενότητα 2: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓΚ Λοίζου Ευστράτιος Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων-Kατεύθυνση

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

Κοινωνιολογία της Εκπαίδευσης

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 6

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 9η Άσκηση - Αλγόριθμος Prim

Τεχνικό Σχέδιο - CAD

Διοικητική Λογιστική

Εισαγωγή στον δομημένο προγραμματισμό

Λογιστική Κόστους Ενότητα 10: Ασκήσεις Προτύπου Κόστους Αποκλίσεων.

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

Εισαγωγή στην πληροφορική

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνων

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 9η Άσκηση - Αλγόριθμος Kruskal

Μαθηματική Ανάλυση ΙI

Τεχνολογία και Καινοτομία - Οικονομική Επιστήμη και Επιχειρηματικότητα

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού Υπέρθερμου Ατμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 15: Ολοκληρώματα Με Ρητές Και Τριγωνομετρικές Συναρτήσεις Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Κοινωνιολογία της Εκπαίδευσης

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Διδακτική Πληροφορικής

Δομές Δεδομένων Ενότητα 1

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 3

ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΗ

Μυελού των Οστών Ενότητα #1: Ερωτήσεις κατανόησης και αυτόαξιολόγησης

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 6

Λογιστική Κόστους. Ενότητα 4: ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ - ΦΥΣΗ ΚΟΣΤΟΥΣ. Μαυρίδης Δημήτριος Τμήμα Λογιστικής και Χρηματοοικονομικής

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Έννοιες φυσικών επιστημών Ι και αναπαραστάσεις

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

Συστήματα Παράλληλης & Κατανεμημένης Επεξεργασίας

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 9: Υβριδισμός. Τόλης Ευάγγελος

Εισαγωγή στην Πληροφορική

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Φροντιστήριο 1

Διοίκηση Εξωτερικής Εμπορικής Δραστηριότητας

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

Τεχνικό Σχέδιο - CAD

Εισαγωγή στην πληροφορική

Θέματα Εφαρμοσμένης. Ενότητα 14.2: Η ψήφος στα πρόσωπα. Θεόδωρος Χατζηπαντελής Τμήμα Πολιτικών Επιστημών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Λογιστική Κόστους Ενότητα 7: Κοστολογική διάρθρωση Κέντρα Κόστους.

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Διδακτική της Πληροφορικής

Βάσεις Δεδομένων. Ενότητα 1: Εισαγωγή στις Βάσεις δεδομένων. Πασχαλίδης Δημοσθένης Τμήμα Ιερατικών σπουδών

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Έννοιες φυσικών επιστημών Ι και αναπαραστάσεις

Οργάνωση και Διοίκηση Πωλήσεων

Διοίκηση Επιχειρήσεων

Transcript:

Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Ενότητα 10: Ιεραρχία Μνήμης. Δρ. Μηνάς Δασυγένης mdasyg@ieee.org Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων και Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών http://arch.icte.uowm.gr/mdasyg

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ψηφιακά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Σκοπός ενότητας Το πρόβλημα της περιορισμένου μεγέθους και αργής εξωτερικής μνήμης. Η κατανόηση της σημαντικότητας της ιεραρχίας της μνήμης, ως τεχνικής αύξησης των επιδόσεων και μείωσης της κατανάλωσης ενέργειας. 4

Η ιεραρχία μνήμης προτάθηκε το 1946 Ideally one would desire an indefinitely large memory capacity such that any particular.. word would be immediately available... We are forced to recognize the possibility of constructing a hierarchy of memories, each of which has greater capacity than the preceding but which is less quickly is less quickly accessible. A.W.Burks, H.H.Goldstine and J.von Neumann Preliminary Discussion of the Logical Design of an Electronic Computing Instrument (1946) 5

Το πρόβλημα της μνήμης Το ποσό της μνήμης πότε δεν είναι αρκετό. Απαιτείται συνεχώς μεγαλύτερο ποσό μνήμης. Ο ιδανικός υπολογιστής για τους προγραμματιστές θα είχε απεριόριστη χωρητικότητα μνήμης. 6

Η ιεραρχία της μνήμης χρησιμοποιείται για να γεφυρώσει το χάσμα των επιδόσεων 7

Τι ισχύει για τις μνήμες; Πιο μικρός χρόνος προσπέλασης, μεγαλύτερο κόστος ανά bit. Μεγαλύτερο μέγεθος, μικρότερο κόστος ανά bit. Μεγαλύτερο μέγεθος, πιο μεγάλος χρόνος προσπέλασης. Μεγαλύτερο μέγεθος, μεγαλύτερο ενεργειακό κόστος πρόσβασης ανά bit. 8

Γενικά για την ιεραρχία μνήμης (1/2) Οι διάφορες τεχνολογίες μνήμης τοποθετούνται σε μια σειρά από επίπεδα. Το χαμηλότερο επίπεδο βρίσκεται πιο κοντά στον επεξεργαστή. Όσο πλησιάζουμε τον επεξεργαστή: το κόστος ανά bit αυξάνει. Η χωρητικότητα μνήμης του επιπέδου μειώνεται. Η ταχύτητα πρόσβασης αυξάνει. Η ενέργεια πρόσβασης μειώνεται. Η συχνότητα προσβάσεων αυξάνεται. 9

Γενικά για την ιεραρχία μνήμης (2/2) Η γρήγορη μνήμη είναι ακριβή. Η αργή μνήμη είναι φθηνή. Δεν υπάρχει μέγιστος αριθμό από επίπεδα. 10

Ποιο είναι το βασικό χαρακτηριστικό της μνήμης; Η ιεραρχία μνήμης εκμεταλλεύεται με επιτυχία την τοπικότητα των αναφορών (locality of reference). Η τοπικότητα των αναφορών είναι: Χωρική (spatial): Αν έγινε πρόσβαση σε μια διεύθυνση X τότε υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να γίνει πρόσβαση και στη διεύθυνση X+1. Χρονική (temporal): Αν έγινε πρόσβαση σε μια διεύθυνση X τότε υπάρχει μεγάλη πιθανότητα μετά από σύντομο διάστημα να γίνει πρόσβαση πάλι στη διεύθυνση X. Βασίζεται επίσης στο Όσο πιο μικρό υλικό τόσο πιο γρήγορο. 11

Ποια είναι η αρχή της τοπικότητας; Αρχή της τοπικότητας: τα προγράμματα έχουν την τάση να χρησιμοποιούν δεδομένα και εντολές που έχουν χρησιμοποιηθεί πρόσφατα ή που είναι κοντά. 12

Ποιος είναι ο στόχος της ιεραρχίας μνήμης; Να παρέχεται ένα υποσύστημα μνήμης με κόστος ανά byte όσο χαμηλό όσο το πιο φθηνό κόστος ανά byte που υπάρχει στην ιεραρχία, με χωρητικότητα όσο η χωρητικότητα του μεγαλύτερου επιπέδου μνήμης, και με ταχύτητα σχεδόν τη ταχύτητα του πιο γρήγορου επιπέδου. Εμπειρικός Κανόνας: Το 90% του χρόνου εκτέλεσης καταναλώνεται στο 10% του κώδικα. 13

Μια τυπική ιεραρχία μνήμης 14

Ιδιότητες της ιεραρχίας μνήμης 15

Ποια είναι η σχέση των επιπέδων; Κάθε επίπεδο έχει δεδομένα που είναι υποσύνολο του μεγαλύτερου επιπέδου (του επιπέδου πιο μακριά από τον επεξεργαστή). Κάθε επίπεδο έχει δεδομένα που είναι υπερσύνολο του μικρότερου επιπέδου (του επιπέδου πιο κοντά στον επεξεργαστή). Κάθε επίπεδο είναι μεγαλύτερο σε χωρητικότητα από το μικρότερο επίπεδο (πιο κοντά στον επεξεργαστή). 16

Ιεραρχία μνήμης 17

Βασική Δομή ιεραρχίας μνήμης Αυτή η δομή με κατάλληλους μηχανισμούς λειτουργίας, επιτρέπει στον επεξεργαστή να έχει χρόνο προσπέλασης που καθορίζεται κυρίως από το επίπεδο 1 και διαθέτει μνήμη τόσο μεγάλη όσο το επίπεδο n. 18

Η έννοια του block Μπλοκ (block): ελάχιστη μονάδα πληροφορίας που μπορεί να είναι παρούσα ή όχι στην ιεραρχία δύο επιπέδων. 19

Κέρδη στην κατανάλωση ενέργειας με την επαναχρησιμοποίηση δεδομένων (1/2) 20

Κέρδη στην κατανάλωση ενέργειας με την επαναχρησιμοποίηση δεδομένων (2/2) 21

Τι είναι η κρυφή μνήμη δίσκου; (disk cache); Ένα μέρος της κύριας μνήμης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ενδιάμεση μνήμη για να συγκρατήσει προσωρινά δεδομένα τα οποία πρόκειται να σταλούν σε κάποιο δίσκο. Βελτιώνει την απόδοση γιατί: Οι εγγραφές ομαδοποιούνται. Αντί για πολλές μικρές μεταφορές, έχουμε λίγες μεγάλες μεταφορές (καλύτερη χρήση του DMA). Μερικά δεδομένα τα οποία προορίζονται για εγγραφή στο δίσκο, μπορεί να χρειαστούν σε κάποιο πρόγραμμα πριν από την επόμενη τους αποθήκευση στο δίσκο. 22

Τέλος Ενότητας 23

Σημείωμα Αναφοράς Copyright, Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών, Μηνάς Δασυγένης. «Αρχιτεκτονική Υπολογιστών». Κοζάνη 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https: //eclass.uowm.gr/courses/icte255/ 24

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Όχι Παράγωγα Έργα Μη Εμπορική Χρήση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] h t t p ://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό 25

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 26