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Rechnerarchetiktur (Rechnerarchetiktur)
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5 Speicherorganisation
Speicherhierarchie
Cache-Charakteristika
Performance von Caches
T. Rauber, M. Korch Rechnerarchitektur und Rechnernetze (WS 2017/18) 375
,Speicherorganisation
Speicherhierarchie
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5 Speicherorganisation
Speicherhierarchie
Cache-Charakteristika
Performance von Caches
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,Speicherorganisation
Speicherhierarchie
Motivation
Die Speicherorganisation eines Rechners soll sicherstellen, dass die von
der CPU benötigten Daten schnell genug zur Verfügung gestellt werden
können. Für den Hauptspeicher (main memory, MM) werden
DRAM-Chips verwendet.
Wiederholung: Für die Mikroprozessor-Entwicklung gilt:
bis ca. 2003 stieg die
SPEC-Integer-Leistung um ca. 52 % pro Jahr
SPEC-Floating-Point-Leistung um ca. 75 % pro Jahr
Für die Entwicklung von DRAM-Chips gilt für den gleichen Zeitraum:
die Speicherkapazität stieg um 40 bis 60 % pro Jahr
die Zugriffszeit für einen Speicherzugriff fiel um ca. 25 % pro Jahr
→ die Zugriffszeit verringert sich nicht so schnell wie die
Ausführungszeit von Operationen durch die CPU
→ die Bandbreite zwischen MM und Prozessor(kernen) wird zum
Flaschenhals
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, Speicherorganisation
Speicherhierarchie
Lösungsansatz: Speicherhierarchie
Abhilfe: Verwendung einer Speicherhierarchie zur Verringerung der
mittleren Speicherzugriffszeit:
Einfügen von Caches zwischen MM und Prozessor, in die per Hardware
entsprechend einer vorgegebenen Nachladestrategie Daten geladen werden.
Wort Cache- Platten-
CPU Cache MM Platte
Block Block
der Zugriff auf den Cache ist wesentlich schneller als auf den MM
Register: typische Größe: 500 Bytes, typische Zugriffszeit: 0,5 ns
Cache: typische Größe: 16 KBytes – 32 MBytes, typische Zugriffszeit: 1–4 ns
MM: typische Größe: 1–256 GBytes, typische Zugriffszeit: 10–80 ns,
Platte: typische Größe: 100–2000 GBytes, typische Zugriffszeit: 4–15 ms
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