Порядок выполнения лабораторной работы Подготовка к работе

1. Знакомство со всеми разделами руководства.

2. Получение у преподавателя задания на исследование архитектур КЭШ-памяти, алгоритмов замещения и обеспечения когерентности.

3. Исследование заданных архитектур КЭШ-памяти.

4. Оформление отчета.

Последовательность выполнения лабораторной работы

В лабораторной работе необходимо изучить особенности функционирования подсистемы «Оперативная память – КЭШ» при следующих значения параметров структуры и режима работы.

1. Задать одинаковые объемы оперативной и КЭШ-памяти (можно минимальных), постоянную длину и структуру моделируемой последовательности команд для трех типов архитектур. Длина и количество повторений цикла должны быть фиксированы (например, 4 и 8 соответственно). Получить значения характеристик для трех типов кэш:

   1. С прямым отображением;

   2. Полностью ассоциативной;

   3. Множественно-ассоциативной (2 варианта числа каналов КЭШ).

2. При том же, что и в пункте 1, объеме оперативной памяти и увеличенном в 2 и 4 раза объеме КЭШ-памяти, постоянной длине и структуре моделируемой последовательности команд (включая циклы) получить значения характеристик для трех типов архитектур:

   1. С прямым отображением;

   2. Полностью ассоциативной;

   3. Множественно-ассоциативной (2 варианта числа каналов КЭШ, как в пункте 1).

3. При тех же исходных данных, что и в пункте 1, изменить соотношение команд записи и чтения в моделируемой последовательности по заданию преподавателя. Выполнить 2 – 3 варианта такого сочетания.

4. При тех же исходных данных, что и в пункте 3, увеличить в 2 раза времена записи в память каждого типа, а затем - увеличить в 2 раза времена чтения из обоих типов памяти при первоначальных значениях времен записи.

5. При тех же исходных данных, что и в пункте 1, увеличить в 2, а затем – в 4 раза количество команд в цикле.

6. При тех же исходных данных, что и в пункте 1, увеличить в 2, а затем – в 4 раза количество повторений цикла.

7. При тех же исходных данных, что и в пункте 1, для полностью и множественно ассоциативной КЭШ-памяти устанавливать все возможные методы замещения строк.

Содержание отчета о выполненной работе

Отчет должен содержать следующее:

1. Название и цель работы.

2. Исходные данные.

3. Общую структуру исследованной в работе подсистемы «Оперативная память – КЭШ».

4. Семейство графиков зависимостей среднего времени выполнения команды и количества кэш-промахов от варьированных в работе параметров.

5. Выводы об эффективных режимах работы подсистемы «Оперативная память – КЭШ».

Контрольные вопросы

1. Какую структуру имеет память современных вычислительных систем?

2. Какие типы КЭШ-памяти Вы знаете?

3. Что такое КЭШ-промах?

4. Какие существуют способы записи информации в кэш?

5. Какие алгоритмы замещения строк в кэш Вы знаете?

6. Что такое когерентность КЭШ-памяти?

7. Как влияет на характеристики работы подсистемы объем КЭШ-памяти?

8. Как влияет на характеристики работы подсистемы количество каналов множественно ассоциативной КЭШ-памяти?

9. Как влияет на характеристики работы подсистемы время выполнения операций записи и чтения?

10. Как влияет на характеристики работы подсистемы процентный состав операций записи и чтения в выполняемой программе?

11. Какой из исследованных Вами типов КЭШ-памяти дает меньше кэш-промахов?

12. Какой из исследованных Вами типов КЭШ-памяти имеет лучшие характеристики?

13. Как влияет на характеристики работы подсистемы количество команд обработки массива в цикле?

14. Как влияет на характеристики работы подсистемы количество повторений цикла обработки массива?

15. Какой из исследованных Вами методов замещения имеет лучшие характеристики?