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哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院并行处理与体系结构哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院第5章分布式存储器及其时延容忍1层次存储器技术2高缓一致性协议3共享存储器的一致性4分布式高速缓/主存体系结构哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院1层次存储器技术分析典型层次存储器的存储特性和操作性质。一、存储部件的特性存储时间存储容量传输速率和带宽哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院二、存储器层次性质1.包含性2.数据传输单位哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院3.访问局部性层次存储器结构是基于访问局部性这一程序特性为基础而发展起来的。这些存取在时间、空间和顺序上往往集中在一定范围内进行。(1)时间局部性最近的访问项(指令或数据)很有可能在不久的将来被再次访问。哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院(2)空间局部性指进程趋向于访问地址接近的数据，例如：对表和数据的操作会引起对某一地址空间的集中访问。(3)顺序局部性对程序而言，除了跳转指令会导致执行顺序的打乱之外，指令串行总是按照一定的串行顺序进行的。哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院4.局部性对存储器设计的影响时间局部性导致LRU替换算法等的使用；空间局部性有利于确定相邻存储器层次间的数据传输单位，也有利于确定相邻层次的存储器容量。顺序局部性影响最佳调度的颗粒度大小(颗粒度组合)。预取技术也受这些局部性的影响。哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院5.一致性问题是系统结构方面一个重要的问题。哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院三、存储器容量的规划存储器层次结构的性能由所有层次的有效存取时间Teff(effectiveaccesstime)决定，Teff由下述量决定：相邻层次的命中率(hitratios)访问频率(accessfrequencies)哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院1.命中率hi定义:存储器层次结构中人以两个相邻层当在Mi找到某一信息项时的概率，成为命中率。对Mi的访问频率fi(Accessfrequency)定义为：fi=(1-h1)(1-h2)(1-hn-1)tn哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院2.有效存取时间Teff=h1t1+(1-h1)h2.t2+(1-h1)(1-h2)h3t3+．．．+(1-h1)(1-h2)(1-hn-1)tn哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院3.层次结构的优化已知：每一层Mi的单位价格ci、容量si;存储器层次结构的总成本可作如下估计：哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院优化的方法：由于c1c2c3…cn，必须选择s1s2s3…sn。优化的层次存储器设计应当使Teff尽量接近于t1，而总成本接近于cn。哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院优化过程可以表达为一个由总成本上限为C0(取上整值)线性规划问题。也就是在如下限制，使Teff最小化：哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院例题.存储器层次结构的设计利用下列存储器特性来设计一个3层的层次结构存储器。设计目标是使Teff=10.04μs，而高速缓存命中率h1=0.98，主存命中率h2=0.9。同时，存储器总成本上限是$15,000。总成本是按:C=c1s1+c2s2+c3s315,000来计算的。哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院由上参数可得在不超过预算的前提下，磁盘的最大容量为s3=39.8GB。求主存的存取时间t2。已知有效存取时间计算如下：Teff=h1t1+(1-h1)h2t2+(1-h1)（1-h2)h3t3代入已知量，有：10.04x10-6=0.98x25x10-9+0.02x0.9xt2+0.02x0.1x1x4x10-3主存存取时间为t2=903ns。哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院总结：