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TGI 7 Cache and Co Flashcards

1
Q

Virtueller Speicher ist unabhängig vom

A

physikalisch vorhandenen Arbeitsspeicher

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2
Q

Paging ist …. für Programmierer

A

Paging ist transparent für Programmierer (muss keine
Rücksicht nehmen, ob Adressen im real vorhandenen
physikalischen Arbeitsspeicher wirklich existieren)

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3
Q

Virtuelle Adresse Vs Physische Adressen

A

Virtuelle Adressen bieten Flexibilität und Schutz, während physische Adressen den direkten Zugriff auf den physischen Speicher ermöglichen.

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4
Q

Where Logical Address Space are implemented?

A

On Hard Disk, in RAM

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5
Q

Paging ist

A

Paging hilft dem Computerprogramm, mit mehr Daten zu arbeiten, indem es den Speicher clever organisiert.

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6
Q

Vorteile und Nachteile von Paging

A

Vorteile:
Ermöglicht die Ausführung von Programmen, die größer sind als der physische Speicher.

Speicherschutz: Verhindert den Zugriff von Prozessen auf fremden Speicher.

Vereinfachte Speicherverwaltung: einfache Speicherverwaltung durch Einteilung in Blöcke.

Flexible Speicherzuweisung: Dynamische Zuweisung und Freigabe von Speicherplatz.

Nachteile:

Overhead: Zusätzlicher Verarbeitungsaufwand für die Adressübersetzung.

Externe Fragmentierung: Ungenutzter Speicherplatz innerhalb einer Seite.

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7
Q

Demanding paging

A

werden nur die virtuellen Seiten, die Ihr Programm gerade verwendet laden, in den physischen Speicher (RAM).

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8
Q

Dirty bit

A

Das Dirty Bit zeigt an, welche virtuellen Seiten im Speicher (RAM) geändert wurden, seit sie das letzte Mal von der Festplatte geladen wurden.

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9
Q

Page fault

A

Page wird gebraucht, wurde aber ausgelagert

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10
Q

Was passiert wenn physikalischer Speicher voll ist?

A

Wenn physikalischer Speicher voll ist, muss vor dem
Einlagern einer angeforderten Page (Page-In) eine andere
Page ausgelagert (Page-out) werden.

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11
Q

Trashing ist

A

System ist (fast) nur mit Einlagerung und Auslagerung beschäftigt und kann kaum (gar nicht) Programm abarbeiten

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12
Q

Welche Pages werden ausgelagert?

A

Diejenige, die möglichst lange nicht mehr gebraucht wird

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13
Q

Was ist CPU-Designziel?

A

in jedem Takt Befehl abarbeiten

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14
Q

Speicher-Latenzzeit ist

A

Wartezeit, bis Speicherzugriff anläuft

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15
Q

Caches sind

A

kleine, schnelle Zwischenspeicher

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16
Q

Räumliche Lokalität

A

Häufig Zugriffe auf Adressen, die in der Nähe kürzlich benutzter Adressen liegen

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17
Q

Zeitliche Lokalität

A

Folgezugriffe auf kürzliche benutzte
Adressen

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18
Q

Welche Daten kann lange im Cache halten?

A

Kürzlich benutzte Daten möglichst lange im Cache
halten

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19
Q

Was ist Cache-Hit?

A

findet was er sucht

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20
Q

Cache-Miss

A

findet nicht

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21
Q

Hit-Rate

A

Wahrscheinlichkeit für Cache Hit

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22
Q

Lesezugriff auf Hauptspeicher:

A

Cache auf Kopie prüfen

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23
Q

Was ist Datum?

A

eine kleine Datenmenge im Cache

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24
Q

Look-Through-Cache.
Zwischen.. und …?
Cache und Hauptspeicher?
Bei guter Hit-Rate?
Bei schlechter Hit-Rate?

A

Zwischen CPU und Hauptspeicher

Schnell an CPU angebunden (höherer Bustakt als
Hauptspeicher)

Cache und Hauptspeicher nicht gleichzeitig aktivierbar
(Hauptspeicherzugriff erfolgt erst, wenn Daten im Cache
nicht gefunden wurden)

Bei guter Hit-Rate fast nur Zugriffszeit des Caches
entscheidend

Bei schlechter Hit-Rate hohe Wartezeiten

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25
Look-Aside-Cache. Bei Fehltreffer im Cache? Cache-Zugriff und Hauptspeicher-Zugriff?
Parallel zum Hauptspeicher Cache-Zugriff und Hauptspeicher-Zugriff werden gleichzeitig aktiviert Kein Zeitverlust bei Fehltreffer im Cache Aber: Cache wird durch langsamen Speicherbus getaktet
26
First-Level Cache
Kleinste und schnellste Cache-Ebene direkt im oder neben dem Prozessor. Zugriff am schnellsten, aber auch am wenigsten Speicherplatz. Speichert häufig verwendete Daten und Befehle für die CPU. gleichzeitiger Zugriff möglich
27
L2-Cache
Größer und etwas langsamer als der L1-Cache. Speichert Daten, die nicht ganz so häufig benötigt werden wie im L1-Cache. Meist in Prozessorchip integriert
28
L3-Cache
Größte und langsamste Cache-Ebene auf dem Prozessor oder einem separaten Chip. Speichert Daten, die seltener benötigt werden, aber immer noch schneller aus dem L3-Cache abgerufen werden können als aus dem Hauptspeicher.
29
Memory Stall Cycles
Anzahl der Zyklen, die CPU auf Speicherzugriff warten muss MSC= Anzahl der Misses * MP
30
Wovon hängt Memory Stall Cycles?
von der Anzahl der Cache Misses und Kosten (Wartezeit) pro Cache Miss (Miss Penalty)
31
Hit Time
Zeit um Treffer im Cache zu erziehen
32
Miss Rate
Wahrscheinlichkeit für Cache Miss
33
Je mehr Level , desto...
größer kosten
34
Misses pro Instruction, MPI
so viele Zyklen warten bis Cache finden
35
Miss Penalty, MP
Extra-Aufwand bei Cache Miss (zb, L2, RAM)
36
AMSPI
Average Memory Stalls per Instruction. Durchschnittliche Anzahl an Zyklen pro Instruktion, in denen auf Daten aus dem Speicher gewartet wird Annahme: L1-Cache wird mit vollem Prozessortakt betrieben =>erfolgreicher L1-Cache Zugriff braucht also keinen Extra-Takt (Zyklus)
37
Welche Cache - Optimierung gibt es?
1)Miss Penalty (MP) senken Mehrstufige Caches 2) Miss Rate (MR) senken Blockgröße erhöhen, nutzt räumliche Lokalität, erhöht MP 3) Hit Time (HT) senken Kleiner, einfacher, schneller Cache; On-chip, CPU-Takt, direct mapped
38
Bestandteile eines Caches:
Datenbereich, Identifikationsbereich, Verwaltungsbereich
39
Datenbereich besteht...., was alle Linien haben, immer ganze Cache Line...
Besteht aus Anzahl von Cache-Zeilen (Cache Lines) Alle Lines haben einheitliche Blocklänge (block/line size) Immer ganze Cache Line laden/ersetzen
40
Indentifikationsbereich enthält...., stellt fest, ob
Enthält tags (Etikett): Aus welchem Abschnitt des Hauptspeichers wurde Cache-Zeile geladen Stellt fest, ob ein Datum im Cache ist oder nicht
41
Verwaltungsbereich: wie viele Bits, Valid Bit, Dirty Bit
Mindestens zwei Bits Valid bit: Ist Cache-Line ungültig (veraltet, 0) oder gültig (1) Dirty bit: Wurde auf Cache-Line geschrieben (1) oder nicht (0) – für Copy-Back-Ersetzungsstrategie wichtig
42
Welche Organisationsformen es gibt?
Vollassoziativ, direkt abbildend, mehrfach assoziativer Cache(n-way set associative, teilassoziativ), am häufigsten zu finden
43
Vollassoziativ Wo und was abspeicherbar? Hardwareafuwand? Einschränkungen? Trefferquote?
Datenblock in beliebiger Cache-Zeile abspeicherbar => alle Tags mit angefragter Adresse zu vergleichen Muss aus Performance-Gründen gleichzeitig erfolgen =>Vergleichereinheit für jede Cache-Zeile =>sehr hoher Hardwareaufwand Dafür keine Einschränkungen bei Ersetzung! =>höchste Trefferquote aller Organisationen
44
Direct mapped Wo und was zuzuordnet? Ersatzungsstrategie? Trashing? Aufabu? Trefferquote?
Teil der Speicheradresse wird als Index benutzt, um dem Datenblock eine Cache-Zeile zuzuordnen. =>Block kann nur dort gespeichert werden =>es gibt keine Ersetzungsstrategie Kann zu Thrashing führen = schlechter als gar kein Cache Aus Index sofort klar, wo Block stehen muss (falls im Cache) Einfacher Aufbau, nur ein Vergleicher notwendig =>schlechteste Trefferquote aller Organisationen
45
n-way set associative was wird zum was zusammengefasst? Was wird als Index benutzt? Trefferbestimmung?
Kompromiss zw. fully associativ und direct mapped Cache-Zeilen werden zu einem Satz zusammengefasst Satznummer wird als Index benutzt: => aus Adresse ergibt sich nur Nummer des Satzes => innerhalb des Satzes kann frei gewählt werden => Ersetzungsstrategien möglich Trefferbestimmung: => Index verweist auf Satz, wo Datum stehen könnte => innerhalb von Satz kann Datum in n Einträgen liegen => n Vergleicher: parallel Tags der n Einträge vergleichen
46
Aktualisierungsstrategien: wichtige Begriffe
Konsistenz: Alle Kopien eines Datums inhaltsgleich  Kohärenz: Korrektes Fortschreiten des Systemzustands  Inkohärenz, wenn Dateninkonsistenz nicht bereinigt wird  Lesen vs. Schreiben
47
Aktualisierungsstrategien: Lesen
Lese-Treffer: Daten zeitsparend aus Cache nehmen; keine weiteren Aktionen  Lese-Fehltreffer: Block, der Datum enthält, in Cache laden; angefordertes Datum in CPU laden
48
Aktualisierungsstrategien: Schreiben. Schreib-Treffer
1) Write-Through-Strategie: Datum wird in Cache und in Hauptspeicher geschrieben: Einfach, garantiert Konsistenz 2) Copy-Back (Write-Later)-Strategie: Datum wird nur im Cache aktualisiert und betroffene Cache-Zeile als verändert markiert (Dirty Bit wird auf 1 gesetzt).  Spätestens vor Ersetzung muss Datum in Hauptspeicher zurückgeschrieben werden (write back, copy back)  Vorteilhaft z.B. bei viel benutzter Variable (z.B. Schleifencounter)  System jedoch teilweise inkonsistent
49
Aktualisierungsstrategien: Schreiben. Schreib-Fehltreffer
1)No-Write-Allocate-Strategie: Datum nur in Hauptspeicher schreiben, liegt danach nicht im Cache vor 2)Write-Allocate-Strategie: Datum in Hauptspeicher schreiben und zusätzlich den entsprechenden Block in Cache laden
50
Sekundärspeicher
Speichermedien mit persistenter (dauerhafter) Speicherung
51
Festplatten: Schreiben
Bewegte Ladungen (=Strom) erzeugen ein Magnetfeld  Definierter Bereich der Oberfläche wird magnetisiert  Richtung des Stroms bestimmt Richtung der Magnetisierung (logisch 0/1)
52
Festplatten: Lesen
Veränderliches Magnetfeld induziert Strom in einem Leiter
53
Was soll Aktuator auf jewellige ....
Aktuator (Lese/Schreibkopf) muss auf jeweilige Spur bewegt werden
54
Fragmentierung
Fragmentierung ist die Streuung von logisch zusammengehörigen Datenblöcken eines Dateisystems auf einem Datenträger.
55
Defragmentierung: was kann beschleunigen?
Neuordnung von fragmentierten Datenblöcken  Logisch zusammengehörende Datenblöcken sollten aufeinander folgen  Kann den sequentiellen Zugriff beschleunigen
56
Welche Disk Scheduling gibt es? Auf was dividieren wir?
FIFO/FCFS, SSTF, SCAN, C-SCAn, LOOK, C-LOOK. Auf immer gleiche Anzahl (Spuren)
57
FIFO/FCFS
First In First Out (по порядку). Vorteile: Faire Abarbeitung Nachteile: Gesamtanzahl an überquerten Spuren sehr hoch
58
SSTF
Shortest Seek Time First (усі, які менше- від початкового до найбільшого) Vorteil: jeweilige Seek Time wird verringert Nachteil: durchscnittliche Seek Time nicht garantiert minimal
59
SCAN
від початкового до найбільшого + найбільше- від початкового до найменшого
60
C-SCAN
reduziert Verzögerung für neu eintreffende Anfragen від початкового до найбільшого + найбільше + найменше і від найменшого до найбліьшого (але яке менше початкового)
61
LOOK
intelligenter als SCAN від початковго до найбільшого - від початковго до найменшого
62
C-LOOK
від початкового до найбільшого - від найменшого до найбільшого (яке менше за початкове)

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