Моделирование БП типа кэш.

Лекция №1.

Введение.

При разработке вычислительных машин (ВМ) и систем необходимо решить множество вопросов: «Каким должен быть объем буферной памяти (БП)? Как должна быть реализована сама БП?» и т.д. Существуют три пути решения этих вопросов. Первый путь основан на опыте разработчиков, но это означает, что мы можем получить не совсем оптимальное решение. Второй путь основан на некоторой модификации реально существующей системы. Третий путь основан на моделировании, которое бывает имитационное (используется специальный язык программирования) и аналитическое (создаются математические модели процессов, которые происходят в ВМ).

Моделирование БП типа кэш.

При изучении тракта оперативная память (ОП) - БП - центральный процессор (ЦП) нужно решить: какой способ отображения использовать, размер блока, количество блоков, алгоритм замещения, дисциплина обновления ОП.

В качестве критериев оптимальности могут быть использованы разные показатели. Например, время выполнения команды, программы, объем оборудования. Рассмотрим первый критерий. При выполнении команды существует несколько этапов ее выполнения, на каждом из которых тратится время. Нас интересуют этапы, связанные с обращениями к ОП. При выполнении команды может произойти не одно обращение к памяти. Рассмотрим этап, связанный с выборкой команды. Для простоты будем считать, что время выполнения команды и будет выборка ее из памяти. За командой мы сначала обращаемся к БП. Но при этом может быть «успех» или «неуспех». Введем частоту (вероятность) «неуспеха» P, тогда с вероятностью 1-Р время выборки команды равно времени обращения к БП (Т_БП), а с вероятность Р время выборки команды равно сумме времен обращения к БП и ОП (Т_БП+Т_ОП) следовательно, можно найти средне время выполнения команды:

Т=(1-Р)*Т_БП+Р*(Т_БП+Т_ОП)=Т_БП+Р*Т_ОП

Определение. Обратная величина (1/Т) называется производительностью. Она показывает, сколько команд выполняется в единицу времени.

ПР=1/Т=1/ Т_БП+Р*Т_ОП

При увеличении вероятности «неуспеха» происходит резкое падение производительности. Оценим его: пусть Т_БП=1; Т_ОП=10; Р=0.1, то ПР=1/2*Т_БП - уменьшилась в два раза, следовательно, от вероятности промаха зависит производительность.

Рассмотрим параметры, которые оказывают влияние на вероятность промаха. Если это влияние слабое, тогда параметр является несущественным и при моделировании его можно исключить. Если же наоборот, то этот параметр - существенный и носит название атрибут.