Банк рефератов содержит более 364 тысяч рефератов, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. А также изложения, сочинения по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
Полнотекстовый поиск
Всего работ:
364150
Теги названий
Разделы
Авиация и космонавтика (304)
Административное право (123)
Арбитражный процесс (23)
Архитектура (113)
Астрология (4)
Астрономия (4814)
Банковское дело (5227)
Безопасность жизнедеятельности (2616)
Биографии (3423)
Биология (4214)
Биология и химия (1518)
Биржевое дело (68)
Ботаника и сельское хоз-во (2836)
Бухгалтерский учет и аудит (8269)
Валютные отношения (50)
Ветеринария (50)
Военная кафедра (762)
ГДЗ (2)
География (5275)
Геодезия (30)
Геология (1222)
Геополитика (43)
Государство и право (20403)
Гражданское право и процесс (465)
Делопроизводство (19)
Деньги и кредит (108)
ЕГЭ (173)
Естествознание (96)
Журналистика (899)
ЗНО (54)
Зоология (34)
Издательское дело и полиграфия (476)
Инвестиции (106)
Иностранный язык (62792)
Информатика (3562)
Информатика, программирование (6444)
Исторические личности (2165)
История (21320)
История техники (766)
Кибернетика (64)
Коммуникации и связь (3145)
Компьютерные науки (60)
Косметология (17)
Краеведение и этнография (588)
Краткое содержание произведений (1000)
Криминалистика (106)
Криминология (48)
Криптология (3)
Кулинария (1167)
Культура и искусство (8485)
Культурология (537)
Литература : зарубежная (2044)
Литература и русский язык (11657)
Логика (532)
Логистика (21)
Маркетинг (7985)
Математика (3721)
Медицина, здоровье (10549)
Медицинские науки (88)
Международное публичное право (58)
Международное частное право (36)
Международные отношения (2257)
Менеджмент (12491)
Металлургия (91)
Москвоведение (797)
Музыка (1338)
Муниципальное право (24)
Налоги, налогообложение (214)
Наука и техника (1141)
Начертательная геометрия (3)
Оккультизм и уфология (8)
Остальные рефераты (21697)
Педагогика (7850)
Политология (3801)
Право (682)
Право, юриспруденция (2881)
Предпринимательство (475)
Прикладные науки (1)
Промышленность, производство (7100)
Психология (8694)
психология, педагогика (4121)
Радиоэлектроника (443)
Реклама (952)
Религия и мифология (2967)
Риторика (23)
Сексология (748)
Социология (4876)
Статистика (95)
Страхование (107)
Строительные науки (7)
Строительство (2004)
Схемотехника (15)
Таможенная система (663)
Теория государства и права (240)
Теория организации (39)
Теплотехника (25)
Технология (624)
Товароведение (16)
Транспорт (2652)
Трудовое право (136)
Туризм (90)
Уголовное право и процесс (406)
Управление (95)
Управленческие науки (24)
Физика (3463)
Физкультура и спорт (4482)
Философия (7216)
Финансовые науки (4592)
Финансы (5386)
Фотография (3)
Химия (2244)
Хозяйственное право (23)
Цифровые устройства (29)
Экологическое право (35)
Экология (4517)
Экономика (20645)
Экономико-математическое моделирование (666)
Экономическая география (119)
Экономическая теория (2573)
Этика (889)
Юриспруденция (288)
Языковедение (148)
Языкознание, филология (1140)

Доклад: Программное кэширование

Название: Программное кэширование
Раздел: Рефераты по информатике, программированию
Тип: доклад Добавлен 22:00:49 22 сентября 2008 Похожие работы
Просмотров: 42 Комментариев: 2 Оценило: 0 человек Средний балл: 0 Оценка: неизвестно     Скачать

Доклад

На тему: Программное кэширование


Содержание

1. Введение.

2. Программная предвыборка в процессорах К6+ и РIII+.

3. Предвыборка в процессорах AMD К6 и VIA C3.

4. Предвыборка в процессорах РIIIи Р4.

5. Pentium III.

6. Pentium 4.

7. Эффективность предвыборки в многозадачных системах.


Введение

Программному управлению кэшированием просто не повезло. Концепция "прозрачного" кэша, активно продвигаемая фирмой Intel, Абстрагировала программистов от потребностей аппаратной реализации кэш-контроллера и не предоставила им никаких рычагов управления последним. Впрочем, для достижения полной абстракции интеллектуальности кэш-контроллеров все же не хватило, и для системных программистов пришлось крохотную лазейку, позволив им, в частности, запрещать кэширование страниц памяти, принадлежащих периферийным устройствам.

До тех пор, пока большинство приложений перемалывало компактные, многократно обрабатываемые структуры данных, стратегия загрузки кэш-линеек по первому требованию вполне справлялась со своей задачей, но с появлением мультимедийных приложений стала "буксовать". Резко возросший объем обрабатываемых данных и распространение потоковых алгоритмов, обращающихся к каждой ячейке памяти лишь единожды, обернулся постоянными перезагрузками кэша, что ограничило производительность системы не быстродействием процессора, а пропускной способностью оперативной памяти. Впервые этой проблеме бросила вызов фирма AMD, включив в состав набора команд 3DNow! инструкцию prefetch, позволяющую программисту заблаговременно загружать в кэш ячейки памяти, к которым он расчитывает обратится в ближайшем будущем. Причем загрузка данных осуществляется без участия и остановки вычислительного конвейера! Это убивает двух зайцев сразу: во-первых, ручное управление кэш-контроллером позволяет выбрать оптимальную стратегию упреждающей загрузки данных, что существенно уменьшает количество кэш-промахов, а, во-вторых, с предвыборкой становится возможным загружать очередную порцию данных параллельно с обработкой предыдущей, маскируя тем самым латентность оперативной памяти.

Следом за К6, предвыборка (естественно в усовершенствованном варианте) появилась и в Pentiumlll, да не одна, а с целой свитой команд ручного управления кэшированием - Intel явно не хотела отставать от конкурентов!

Совершенствование управления подсистемной памяти продолжилось и в Pentium 4. Помимо расширения набора команд, в нем реализован уникальный на сегодняшний день механизм аппаратной предвыборки с интеллектуальным алгоритмом упреждающей загрузки. Анализируя порядок, в котором приложение запрашивает данные из оперативной памяти, процессор пытается предсказать (приблизительно так же, как предсказывает направление условных переходов) адрес следующей обрабатываемой ячейки, чтобы спекулятивно загрузить ее в кэш задолго до реального затребования. Естественно, при всей прозрачности аппаратной предвыборки структуры данных желательно сделать так, чтобы процессор пореже ошибался в своих предсказаниях, а в идеале - не ошибался вообще.


Программная предвыборка в процессорах К6+ и Р III +

Поддержка программной предвыборки имеется как в К6/К7 (и совместимом с К6 микропроцессоре VIAC3), так и в Р!!!/Р4, однако, их реализации различны и к тому же не совместимы друг с другом. Процессоры от AMD(VIA) не понимают инструкций предвыборки процессоров Intel и, соответственно, наоборот.

Это печальное обстоятельство существенно снижает популярность предвыборки, поскольку программистам приходится либо писать два варианта кода: один для Intel, другой для AMD(VIA); либо ограничивать аудиторию пользователей одним из процессоров.

Поэтому к предвыборке целесообразно прибегать лишь в действительно крайних случаях, когда никакими другими путями обеспечить требуемое быстродействие уже не удается.

Предвыборка в процессорах AMD К6 и VIA C3

В К6/К7 и VIAC3 программная предвыборка осуществляется одной из двух инструкций: prefetch или prefetchw. Буква w в конце последней сообщает процессору, что загружаемые данные планируется модифицировать. Это отнюдь не означает, что данные, загружаемые посредством prefetch, модифицировать нельзя. Модифицировать их можно, но не желательно, т. к. в этом случае процессор вынужден совершать дополнительный цикл, изменяя атрибуты соответствующей кэш-линейки с эксклюзивной на модифицируемую.

Инструкция prefetch просто инициирует запрос ячейки памяти, точно также, как это делает любая команда, обращающаяся к памяти, но, в отличие от последней, prefetch не помещает загружаемые данные ни в какой регистр, более того, она вообще не дожидается конца загрузки этих данных, тут же возвращая управление. Преждевременное завершение инициатора запроса еще не освобождает кэш-контроллер от обязанности выполнения этого запроса, но если запрошенная ячейка уже находится в кэше первого уровня, ничего не происходит и инструкция prefetch ведет себя аналогично команде NOP (нет операции). В противном случае кэш-контроллер обращается к кэшу второго уровня, а если искомой ячейки не оказывается и там - к оперативной памяти (кэшу третьего уровня), целиком заполняя соответствующие кэш-строки кэшей всех нижестоящих уровней. Поскольку кэш-контроллер работает независимо от вычислительного конвейера процессора, предвыборка позволяет загружать очередную порцию данных параллельно с обработкой предыдущей. Если время загрузки данных не превышает времени их обработки, то простоя процессора вообще не происходит - вычислительны конвейер работает безостановочно, а время доступа к памяти полностью маскируется.

Инструкция prefetchw работает аналогично prefetch, но автоматически присваивает загружаемой ячейке статус модифицируемой. Если строку действительно планируется модифицировать, это экономит 15-25 тактов процессорного времени. Однако, если вы не уверены, будет ли строка меняется, лучше загрузите ее как эксклюзивную, т. к. выгрузка модифицируемой, но реально не модифицированной строки в оперативную память обойдется намного дороже.

Модифицируемые же кэш-строки независимо от того, были ли они реально модифицированы или нет, всегда вытесняются в оперативную память или кэш вышестоящего уровня, что требует определенного количества тактов процессора.

Несмотря на то, что AMD позиционирует команды предвыборки как аппаратно-независимые, они таковыми не являются, поскольку количество байт, загружаемых инструкциями prefetch и prefetchw, определяются размерами кэш-линий процессора, а их длинна различна: 32 байта для AMDK6 (VIAC3) и 64 байта для Athlon/Duron. Соответственно, различны оптимальный шаг и минимальная дистанция предвыборки.

В этом свете становится очень интересным следующее высказывание AMD, почерпнутое из руководства по оптимизации под Athlon: "Инструкции PREFETCHNTA/T0/T1/T2 из ММХ-расширения аппаратно зависимы. Если вы, господин разработчик, нуждаетесь в совместимости с 25 миллионами уже проданных процессоров AMD-K6-2 и AMD-K6-III, вместо инструкций предвыборки нового расширения ММХ, пользуйтесь командами PREFETCH/W из расширения 3Dnow!"

Вот хорошая демонстрация искусства умолчания! Если уж бросать камень в огород Intel, то не лишнее бы отметить, что, во-первых, и собственные инструкции предвыборки аппаратно-зависимы, а, во-вторых, процессорами Pentium они оно не поддерживаются. Так что никаких преимуществ у AMD`шной предвыборки перед Intel нет.

Предвыборка в процессорах Р!!! и Р4

В процессорах Р!!! и Р4 программная предвыборка осуществляется следующими инструкциями : prefetchnta, prefetcht0, prefetcht1, prefetcht2. Суффикс указывает на тип загружаемых данных, что определяет уровень кэш-иерархии, в которую эти данные будут загружены. Так NTA расшифровывается как Non-TemporAl [Data] - не временные данные, т.е. данные, многократное использование которых планируется. Соответственно Т0, Т1, Т2 обозначает временные данные, использовать которые планируется неоднократно.

Какой бы командой предвыборка ни осуществлялась, кэш-линейкам, загружаемым из основной памяти, всегда присваивается эксклюзивный статус. При предвыборке линеек из кэша второго уровня их прежний статус сохраняется. Возможность загрузки кэш-линейки с автоматической установкой статуса модифицируемой в процессорах Pentium не реализована. Однако ввиду многоступенчатой схемы буферизации записи, изменение атрибутов кэш-линеек происходит в основном, а не в дополнительном, как в К6/Athlon, цикле обмена, т.е. без ущерба для производительности.

Причем в отличии отprefetch/w,инструкции prefetchnta/t0/t1/t2 не приказывают, а рекомендуют осуществить предвыборку. Процессор отклоняет рекомендацию и не осуществляет предвыборку, если :

·запрошенные данные уже содержатся в кэше соответствующей или ближайшей к процессору иерархии;

·сведения о странице, к которой принадлежат загружаемые данные, отсутствуют в DTLB (DataTranslationLookasideBuffer - Буфере Ассоциативной Трансляции;)

·подсистема памяти процессора занята перемещением данных между L1- и L2- кэшем;

·запрошенные данные принадлежат региону некэшируемой памяти(странице с атрибутами UC и USWC);

·данные не могут быть загружены из-за ошибки доступа (при этом исключение не вырабатывается);

·инструкция предвыборки предваряется префиксом LOCK (в этом случае генерируется исключение "неверный опкод");

Во c остальных случаях предвыборка выполняется. Алгоритм ее выполнения аппаратно-зависим и сильно варьируется от одной модели процессора к другой, поэтому, поведение "предвыборных" команд на Р!!! и Р4 ниже мы рассмотрим по отдельности

Pentium lll

Инструкция prefetchnta загружает данные в кэш первого уровня, минуя второй. Действительно, данные, повторное обращение к которым не планируется, целесообразно помещать в кэш самой ближайшей к процессору иерархии, не затирая содержимое остальных, т.к. оно может еще пригодится, а вот однократно используемые данные после их вытеснения из L1-кэша, из L2-кэша затребованы уж точно не будут. Инструкция prefetcht0 загружает данные в кэш-иерархии обоих уровней. Данные, обращение к которым происходит многократно, будучи загруженными в L2-кэш, окажутся как нельзя кстати, когда будут вытесненными из L1-кэша.

Инструкции prefetcht1 и prefetcht2 загружают данные в один лишь кэш второго уровня, не помещая их в кэш первого. Поскольку выгрузка буферов записи происходит в кэш второго уровня, минуя первый, то предвыборку соответствующих линеек в L1-кэш осуществлять нецелесообразно. Вот тут-то и пригодится prefetcht1/t2!

Размер загружаемых данных равен длине кэш-линеек соответствующей кэш-иерархии и составляют 32 байта ( в Plll и L2-, и L1- кэши имеют линейки по 32 байта).

Pentium 4

Ни одна из команд предвыборки Р4 не позволяет загружать данные в кэш первого уровня. Все – и временные, и не временные данные помещаются лишь в кэш второго уровня – создатели процессора решили поступить именно так. Эффективность такой стратегии не бесспорна, но в любом случае время доступа к кэшу второго уровня намного меньше времени доступа к оперативной памяти, поэтому даже такая предвыборка значительно лучше, чем ничего.

Возникает вопрос: если все команды предвыборки помещают загружаемые данные в кэш второго уровня, то какая между ними разница? Между командами prefetcht0, prefetcht1 и prefetcht2 – действительно никакой. А вот команда prefetchnta отличается тем, что помещает загружаемые данные не в любой, а исключительно в первый банк кэша второго уровня (восьми-ассоциативный L2-кэш Р4 содержит восемь таких банков), благодаря чему prefetchnta никогда не вытесняет более 1/8 объема кэша второго уровня. Однократно используемы данные, как уже говорилось выше, действительно не должны вытеснять многократно используемые данные из верхних кэш-иерархий, но в Р4 такое вытеснение все же происходит, и предотвратить его, увы, нельзя. Причем вытесняются отнюдь не те ячейки, к которым дольше всего не было обращений, а линейки фиксированного банка, возможно интенсивно используемые обрабатывающем их приложением! Словом, в Р4 программная предвыборка реализована далеко не наилучшим образом.

Размер загружаемых данных равен длине линеек кэша второго уровня, что составляет 128 байт.

Различия в реализации предвыборки на Р!!! и Р4 существенно затрудняют оптимизацию приложений, поскольку каждый процессор требует к себе индивидуального подхода. Для достижения максимальной эффективности все критические процедуры рекомендуется реализовывать как минимум в двух вариантах – отдельно для Р!!! и отдельно для Р4. В противном случае, либо Р!!! чрезвычайно тормозить, либо Р4 не раскроет подлинного потенциала своей производительности. Учитывая существование К6/Athlon, вариантов реализации набирается уже четыре. Не слишком ли много головной боли для программистов? Нет, это вовсе не призыв к отказу от предвыборки – ведь программисты, как и комсомольцы, легкими путями не избалованы.

Эффективность предвыборки в многозадачных системах

Процессы, исполняющиеся в многозадачных системах, владеют кэш-памятью не единолично, а вынуждены делить ее между собой? Снижает ли это эффективность предвыборки? Эффективность предвыборки в кэш первого уровня – однозначно нет. Промежуток времени между переключениями задач – это целая вечность для процессора, соответствующая, по меньшей мере, миллионам тактов. В любом случае, независимо от того, будет ли вытеснено содержимое L1-кэша или нет, - предвыборка позволяет конвейеризировать загрузку данных из памяти, предотвращая тем самым возможное падение производительности.

С L2-кэшем ситуация не так однозначна. Если оптимизируемый алгоритм позволяет распараллелить загрузку данных с их обработкой, то состояние L2-кэша вообще не играет никакой роли, поскольку быстродействие программы ограничивается именно скоростью вычислений, а не пропускной способностью подсистемной памяти. Однако если время обработки данных меньше времени их загрузки из основной памяти, падения производительности никак не избежать. Предвыборка, конечно, увеличит производительность программы и в этом случае, но, увы, ненамного – максимум в два-три раза.

С другой стороны, одновременное выполнение двух или более приложений, интенсивно обменивающихся с памятью, на рабочих станциях случается очень редко (для серверов, правда, это – норма жизни). В большинстве случаев пользователь активно работает лишь с одним приложением, другие же находятся в фоне и довольствуются минимальным количеством памяти, а порой и вовсе «спят», не трогая L2-кэш и практически не снижая эффективности предвыборки.

Оценить/Добавить комментарий
Имя
Оценка
Комментарии:
Где скачать еще рефератов? Здесь: letsdoit777.blogspot.com
Евгений07:31:13 19 марта 2016
Кто еще хочет зарабатывать от 9000 рублей в день "Чистых Денег"? Узнайте как: business1777.blogspot.com ! Cпециально для студентов!
19:45:07 28 ноября 2015

Работы, похожие на Доклад: Программное кэширование

Назад
Меню
Главная
Рефераты
Благодарности
Опрос
Станете ли вы заказывать работу за деньги, если не найдете ее в Интернете?

Да, в любом случае.
Да, но только в случае крайней необходимости.
Возможно, в зависимости от цены.
Нет, напишу его сам.
Нет, забью.



Результаты(151312)
Комментарии (1844)
Copyright © 2005-2016 BestReferat.ru bestreferat@mail.ru       реклама на сайте

Рейтинг@Mail.ru