Liß, Christian:

Implementierung eines multiprozessorfähigen Caches.

Diplomarbeit, Schaltungstechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn, 30. Sep. 2004

Abstract

Die Performanz aktueller Computer-Systeme wäre wesentlich geringer, würde es keine Caches geben. Das liegt daran, dass zwischen der Performanz aktueller Mikroprozesso-ren und der Performanz von aktuellem, preisgünstigen Speicher eine Lücke klafft, die sich alle 21 Monate verdoppelt. Deshalb werden Caches verwendet. Caches sind schnel-le, jedoch kleine Speicher, die verwendet werden, um die effektive Latenz des Speicher-Systems zu verringern und die effektive Bandbreite desselben zu erhöhen. In dieser Ar-beit werden die wichtigsten Cache-Strategien erläutert und es wird eine Implementie-rung eines Caches vorgestellt, der multiprozessorfähig ist. Um multiprozessorfähig zu sein, muss ein Cache die Cache-Kohärenz erhalten und sich an das vordefinierte Kon-sistenz-Modell halten. Cache Kohärenz zu erhalten bedeutet, dass Lesezugriffe auf eine beliebige Stelle im Speicher-System immer die neuesten Daten für diese Stelle zurück-liefern. Sich an das vordefinierte Konsistenz-Modell zu halten bedeutet, dass die Rei-henfolge der Speicherzugriffe eines Prozessors nur auf vordefinierte Art und Weise ver-ändert werden darf. Sowohl Konsistenz-Modelle als auch Kohärenz-Protokolle werden vorgestellt. Der Cache-Entwurf den die Arbeit vornehmlich behandelt unterstützt das MOESI-Kohärenz-Protokoll und sowohl das schwache Konsistenz-Modell als auch das Prozessor-Konsistenz-Modell. Zusätzlich unterstützt der Cache-Entwurf Hit-under-Miss, Software-Prefetching und Locking. Diese Arbeit beschreibt auch die Werkzeuge, die implementiert wurden um die Effizienz und die Geschwindigkeit des Caches und der Software, deren Ausführung durch den Cache beschleunigt wird, zu analysieren. Des Weiteren sind die drei Performanz-Dimensionen des Cache-Entwurfs - Geschwin-digkeit, Fläche und Verlustleistung - in dieser Arbeit verzeichnet.

Bibtex

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Permalink

https://www.hni.uni-paderborn.de/pub/2077