MLC LS12/2 Manual de usuario

fakultät für informatikinformatik 12technische universität dortmund2.4 Speicherarchitektur2013/09/03Sprechstunde: Mo 13:00-14:00E-mail: peter.marwedel

- 10 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Der Konflikt und die Idee sind nicht neu“Ideally one woul

- 100 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013RAID 1 (Mirroring)Dieselben Informationen werden auf zwe

- 101 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013RAID 2 (ECC)Zusätzlich werden Prüfbits auf spezielle Pla

- 102 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013RAID 3 (dedicated parity)Es nur ein einzelnes Paritäts-S

- 103 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013RAID 4Wie RAID-3, jedoch mit einem Striping-Faktor von e

- 104 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013RAID 5 (distributed parity)Paritätsinformation wird über

- 105 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013RAID 0+1, RAID 01 (mirrored stripes)Gespiegelte Platten

- 106 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013RAID 1+0, RAID 10 (striped mirrors)Striped mirrors: stri

- 107 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Übersicht 881Komb. v. 0 & 10+1881mirrored1282P+Q red

- 108 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013NOR- und NAND-FlashNOR: 1 Transistor zwischen Bitleitung

- 109 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Eigen-schaftenvon NOR-und NAND-Flash-SpeichernNein Ja 

- 11 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Mögliche Stufen der Speicherhierarchieund derzeit eingese

- 110 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Charakteristische Eigenschaftenvon NAND Flash SpeicherSp

- 111 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Seiten-/bzw. Sektorabbildung mitFlash transaction layer

- 112 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Ausnutzung von RegularitätHäufig langeSequenzenvon seque

- 113 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Block mapping flash transaction layer (FTL) Abbildungst

- 114 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Ausgleich der Abnutzung (wear levelling)Beispiel (Lofgre

- 115 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Solid State Discs (SSDs)Zugriffszeiten ca. 100x kürzer a

- 116 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Flashspeicher als „paging device“

- 117 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Flash-spezifische Dateisysteme Zwei Ebenen können ineff

- 118 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Vergleich Harddisc/Flash-Speicher (2011)[wikipedia, 2011

- 119 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Vergleich Flash/Microdrive (2002)0,07/0.830,15/0,660,15/

- 12 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Schlüssel zur Einführung der Hierarchie: Speicherverwaltu

- 120 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Mögliche Stufen der Speicherhierarchieund derzeit einges

- 121 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013CD-ROMDatenträger auf der Basis der Technik von Audio-CD

- 122 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013DVD-Laufwerke (1)Kapazität gegenüber CDs erhöht:1. Abstä

- 123 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013DVD-Laufwerke (2)2. Informationen können in zwei Ebenen

- 124 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Blu*-ray disc (BD) : Motivationhttp://www.blu-raydisc.co

- 125 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Blu-ray: EigenschaftenVerkürzung der Wellenlänge auf405

- 126 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Blu-ray: Eigenschaften (2)23.3/25/27 GB in einer Speiche

- 127 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Annahme: Transport einer Blu-ray, als Dual Layer beschri

- 128 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013QIC-Laufwerk (Quarter inch tape)© c‘t, nur zur Verwendun

- 129 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013DAT-Laufwerk (digital audio tape)© c‘t, nur zur Verwendu

- 13 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Memory Management Unit (MMU)virtuelle Adressenreale Adres

- 130 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Linear Tape Open (LTO) - 4[www.wikipedia.de]

- 131 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Linear Tape Open (LTO) - 4[www.wikipedia.de]

- 132 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Bewertung von Band-basierten MedienLange Suchzeiten, ger

- 133 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013ZusammenfassungNicht-flüchtige Speicher: Plattenspeiche

- 14 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013IdentitätBei einfachen Systemen sind reale und virtuelle

- 15 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Einteilung in Laufbereiche (core partitions)Jeweils ein P

- 16 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Speicherschutz durch Grenzregister möglichProzesse1,24,53

- 17 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Was tun, wenn Prozesse mehr Speicher benötigen?(1)Betrieb

- 18 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Was tun, wenn Prozesse mehr Speicher benötigen?(2)Betrieb

- 19 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013EinsatzbereicheSehr einfache Rechner, eingebettete System

- 2 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013KontextSpeicher-architekturSpeicher-architekturExterneKomm

- 20 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013BeurteilungNachteile:Sehr starke „externe Fragmentierung“

- 21 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Seiten-Adressierung (paging) Einteilung der realen Adres

- 22 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Seiten-Adressierung (paging)Kacheln0 1 2 3 4 5

- 23 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Vorteile Man muss sich nicht vorab überlegen, welchem Sp

- 24 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Organisation der AdressabbildungSchnelle Umrechnung von v

- 25 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Lücken im virtuellen AdressraumBei MIPS-Konvention: Adres

- 26 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Hierarchische SeitentabellenMehrfache Verzweigung anhand

- 27 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Invertierte SeitentabelleSelbst bei hierarchischen Seiten

- 28 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Beschleunigung mittels Hashtabellen# der Einträge = # der

- 29 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Zusammenfassung Viele Rechensysteme unterstützen Multita

- 3 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Entwurfsziele Möglichst große Kapazität Möglichst kleine

- 30 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Sharing (shared libraries)Einfache Idee: Seiten-Abbildung

- 31 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Idee ist so nicht realisierbar Im gemeinsam genutzten Co

- 32 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Idee ist so nicht realisierbar (2) Nutzen Prozesse gemei

- 33 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Realisierbares SharingShared libraries befinden sich an d

- 34 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Beobachtungen Paging in der beschriebenen Form funktioni

- 35 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Kacheln0 1 2 3 4 5 6 7 8 ..0 1 2 3Seiten P

- 36 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013PagingPaging ist mehrdeutig:1. Einteilung des Speichers

- 37 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Segmentadressierung (1)Zusammenhängenden Speicherbereiche

- 38 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 20130720Stack0520Daten0100BefehleProzess 1Segmentadressierung

- 39 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Eigenschaften der Segmentadressierung (1) Speicherschutz

- 4 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Konflikt für einen Speicher:Entweder hohe Kapazität oder s

- 40 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Eigenschaften der Segmentadressierung (2) Segmente könne

- 41 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Adressabbildung bei SegmentadressierungBei zusammenhängen

- 42 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 20132 Formen der Segmentadressierung Segmentnummern in separ

- 43 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Kombination von Segment- und SeitenadressierungSegmentadr

- 44 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Segmentadressierung mit SeitenadressierungSegmentnummerNu

- 45 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Adressabbildung beim Intel 386&+& &virtuelle

- 46 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Zusammenfassung Viele Rechensysteme unterstützen Multita

- 47 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Mögliche Stufen der Speicherhierarchieund derzeit eingese

- 48 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 20132.4.3 Translation Look-Aside Buffer (TLBs)Seitentabellen

- 49 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Die 3 Organisationsformen von TLBsDrei Organisationsforme

- 5 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013„Alles“ ist groß für große Speicher* Monolithic register f

- 50 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Direct MappingDie Seitennummer oder ein Teil davon adress

- 51 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Aliasing bei direct mappingTLBvirtueller Adressraum000010

- 52 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Mengen-assoziative Abbildung: Prinzipn-way set associativ

- 53 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Mengen-assoziative Abbildung- Realisierung -virtuelle Adr

- 54 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Assoziativspeicher, associative mapping- Prinzip -Der Fal

- 55 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Assoziativspeicher, associative mapping- Beispiel: 4 Eint

- 56 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Anwendung: Memory Management Unit (MMU)Motorola MC 68851v

- 57 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013ZusammenfassungTranslation look aside buffer (TLBs) diene

- 58 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 20132.4.4 Caches Cache = Speicher, der vor einen größeren, l

- 59 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013AblaufOrganisation von Caches (im engeren Sinn):Prüfung a

- 6 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Kosten/Mbyte und Zugriffszeiten für verschiedene Technolog

- 60 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Prüfung auf cache hit: Cache-Zeilen (cache lines).Such-Ei

- 61 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Cache-Blöcke (cache blocks) - 1 -Die Blockgröße ist die A

- 62 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Cache-Blöcke (cache blocks) - 2 -tags=Speicher7777 999944

- 63 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Cache-Blöcke (cache blocks) - 3 -Wenn block size > lin

- 64 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Organisationsformen von Caches Direct mappingFür caching

- 65 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Cache-Simulation in MARSMARS erlaubt die Cache Simulation

- 66 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013SchreibverfahrenStrategien zum Rückschreiben Cache ->

- 67 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Schreibverfahren2. Copy-Back, conflicting use write back

- 68 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Virtuelle und reale Cachesvirtuelle Adressenreale Adresse

- 69 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Realer Cache bei Prozesswechsel(context switch)Cachelese

- 7 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Kosten/Mbyte und Zugriffszeiten für verschiedene verfügbar

- 70 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Realer Cache bei Seitenfehler(Seite muss per demand pagin

- 71 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Bus snooping (Bus-Lauschen)CacheProzessor33330x11C0 3333S

- 72 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Gemeinsam genutzte Seiten (sharing)Kacheln0 1 2 3

- 73 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Realer Cache bei gemeinsam genutzter SeiteCachelese 0x88D

- 74 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Virtueller Cache bei Prozesswechsel(context switch)Cachel

- 75 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Virtueller Cache bei SeitenfehlerCachelese 0x88D0 Prozes

- 76 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Virtueller Cache bei gemeinsam genutzter Seite (sharing)C

- 77 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Virtueller Cache mit PIDs bei Prozesswechsel(context swit

- 78 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Virtueller Cache mit PIDs bei SeitenfehlerCachelese 0x188

- 79 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Virtueller Cache mit PIDsbei gemeinsam genutzter Seite (s

- 8 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Der Speicher-„Flaschenhals“ (Memory wall)© Elsevier Scienc

- 80 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Cache-Kohärenzkleine Caches; Befehlscaches, falls dynamis

- 81 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Systeme mit mehreren CachesBeispiel:ProzessorSpeicherMMUR

- 82 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Beispiel: Intel Prozessoren4 x 32 kB L1 Cache2 x 4 MB L2

- 83 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Beispiel: IBM Großrechner

- 84 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Beispiel: IBM Großrechner

- 85 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013AustauschverfahrenÜberschreiben von Einträgen in TLB, Cac

- 86 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Wie wirkt sich der Cacheauf die Laufzeit von Programmen a

- 87 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Zyklen/Zugriff als Funktion der ListengrößeL1d L2-Treffer

- 88 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Einfluss von TLB-Misses und größeren CachesElemente auf v

- 89 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Zusammenfassung Cache-Zeilen: Einheit der Gültigkeitsprü

- 9 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Speicherhierarchie Große Speicher sind langsam und benöti

fakultät für informatikinformatik 12technische universität dortmundMassenspeicher Plattenspeicher• Disc-Arrays Flash-SpeicherHaupt-speicherHaupt-spe

- 91 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Mögliche Stufen der Speicherhierarchieund derzeit eingese

- 92 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Schematischer Aufbau eines PlattenlaufwerksSpeicher-platt

- 93 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Einteilung der Platten in Sektoren, Spurenund Zylinder© E

- 94 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Daten einiger Plattenlaufwerke (2011)500 G/1500 G350 G/10

- 95 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Abhängigkeit der Suchzeitvon der Spurdifferenz© Elsevier

- 96 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Verteilung der Spurdifferenzen

- 97 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Interfaces IDE/ATA (Integrated Drive Electronics): SATA

- 98 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013Redundant arrays of inexpensive discs (RAID) Verbesserun

- 99 -technische universitätdortmundfakultät fürinformatik p. marwedel, informatik 12, 2013RAID 0 (Striping)Dateien werden unterteilt in so genannte