SOCS

SOCS
Hoofdstuk 2
Elektronica
 Transistorgeheugens
 Geheugenmedia
(hulpgeheugens)
 Organisatie
 Snelheid

1
Hoofdstuk 2





Elektronica
Transistorgeheugens
Geheugenmedia
Organisatie
Snelheid
2
Elektronica

Digitale Logica
 Begrippen
uit de elektriciteit
 Transistoren
 Schakelingen
 Schakelalgebra
3
Begrippen u/d elektriciteit
spanningsbron E
 +
electronen
e
stroom I
I=
E
R
weerstand R
4
Begrippen u/d elektriciteit

Elektrische lading
Eenheid: Coulomb C
 Atoom

Positieve kern
 Negatieve elektronen


Elektrisch veld


Kracht die eenheidslading zou ondervinden
Elektrische spanning
Potentiaalverschil tussen 2 punten
 Is arbeid nodig om eenheidslading van het ene punt naar
het andere te verplaatsen
 Eenheid: Volt V

5
Begrippen u/d elektriciteit

Elektrische stroom
Transport van ladingen doorheen medium
 Stroomsterkte = hoeveelheid ladingen die zich per
tijdseenheid door een doorsnede van de geleider
verplaatsen
 Eenheid: ampère A
 Elektronenstroom = verplaatsing van electronen


Wet van Ohm
Stroomsterkte doorheen geleider evenredig met de
spanning over de geleider
 Weerstand:


Eenheid: ohm 
6
Begrippen u/d elektriciteit
spanningsbron E
 +
electronen
e
stroom I
I=
E
R
weerstand R
7
Geleiders vs Isolatoren

Geleiders
 Elektronen
zwak gebonden aan atomen
 Bewegen gemakkelijk doorheen materiaal


Isolatoren: geleiden niet
Half-geleiders (Si, Ge)
+ vreemde atomen (Sb, As, P, …)
 p-type:
plaats voor extra elektronen
 n-type: elektronen op overschot
 sandwich structuur
8
Transistor
collector
n-type
basis
p-type
n-type
emitter
n-p-n
Er bestaat ook p-n-p
9
Transistor
+Vcc
Vuit
C
Vin
B
Veel toepassingen:
o.a. snelle binaire schakeling
E
0V
10
Transistor
+5V
+5V
0V
5V
basisstroom
collectoremitter
stroom
0V
TRANSISTOR = gesloten
5V
0V
0V
TRANSISTOR = open
11
Transistor
+Vcc
Vin
0
+Vcc
Vuit
Vin
Vin
onwaar
waar
Vuit
+Vcc
0
Vuit
waar
onwaar
NIET poort
12
Transistor
+Vcc
Vuit
V1
V2
V1
0
+Vcc
0
+Vcc
V2
0
0
+Vcc
+Vcc
Vuit
+Vcc
0
0
0
NOF poort
13
Transistor
+Vcc
Vuit
V1
V1
0
+Vcc
0
+Vcc
V2
0
0
+Vcc
+Vcc
Vuit
+Vcc
+Vcc
+Vcc
0
V2
NEN poort
14
MOS Transistor



Metal Oxyde Semiconductor
PMOS, NMOS, CMOS
Voordelen:
 minder
plaats op chip
 verbruiken minder energie
 minder storend t.o.v. buren
 goedkoper te maken

compactere
schakelingen
Nadeel:
 trager
15
Schakelingen
in
0
1
uit
1
0
NIET
Basis-operaties
NOF
in1 in2
0
0
0
1
1
0
1
1
uit
1
0
0
0
in1
0
0
1
1
in1
0
0
1
1
uit
0
1
1
1
in1
0
0
1
1
in2
0
1
0
1
OF
NEN
in2
0
1
0
1
in2
0
1
0
1
EN
uit
1
1
1
0
uit
0
0
0
1
16
Schakelalgebra



Logische variabele: waar (1) of onwaar(0)
Basisbewerkingen: EN(.), OF(+), NIET( )
Logische functie in n variabelen
 voorstellen
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
via waarheidstabel
AB
0
1
1
0
(XOR)
A.B + A.B
17
Schakelalgebra
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
A
1
1
0
0
A
B
1
0
1
0
A.B A.B A.B+A.B AB
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
A.B
AB
B
A.B
18
Schakelalgebra

Vereenvoudigingen
Wet
EN-vorm
OF-vorm
Identiteit
Nulwet
Idempotentie
Inversie
Commutatieve
Distributieve
Absorbtie
De Morgan
1.A = A
0.A = 0
A.A = A
A.A = 0
A.B = B.A
A+B.C = (A+B).(A+C)
A.(A+B) = A
A.B = A + B
0+A=A
1+A=1
A+A=A
A+A=1
A+B = B+A
A.(B+C) = A.B+A.C
A+A.B = A
A+B = A . B
19
Schakelalgebra

Voorbeeld: OF
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
A+B
0
1
1
1
A.B + A.B + A.B
A.B + A.B + A.B = A.B + A.(B+B)
= A.B + A.1
= A.B + A
= (A+A).(B+A)
= 1.(B+A)
= B+A
[distributie]
[inversie]
[identiteit]
[distributie]
[inversie]
[identiteit]
20
Schakelalgebra

Elke schakeling kan met uitsluitend NENpoorten (NOF-poorten) gemaakt worden
A
A
A
A.B
B
A
A+B
B
21
Geïntegreerde Schakelingen
-O2
smelten
±15cm
oxidatie
lichtgevoelige
laag
masker (negatief)
+ belichting
etsbad
ontwikkelbad
22
Geïntegreerde Schakelingen
enz.
oxidatie
dopering
tot n/p-type
pinnetjes
= chips
testen
verzagen
behuizing
23
Geïntegreerde Schakelingen

Classificatie
Klasse
SSI
MSI
LSI
VLSI
#poorten
Small Scale Integration
1..10
Medium Scale Integration 10..100
Large Scale Integration
100..100.000
Very Large Scale Integr.
> 100.000
24
Hoofdstuk 2


Elektronica
Transistorgeheugens
Bipolaire FLIP-FLOP
 SRAM en DRAM
 Leesgeheugens




Geheugenmedia
Organisatie
Snelheid
25
Bipolaire Flip-Flop

Schakeling met 2 stabiele toestanden
1
1
0 1
0 1
1 0
0 1
26
Bipolaire Flip-Flop

Lezen
“0”
“1”
1
1
Bit
0
1
1
0
27
Bipolaire Flip-Flop

Schrijven
01
0 1
1
1 0
0
1
“1 schrijven”
1
0 1
0
1 0
1
01
“0 schrijven”
28
Bipolaire Flip-Flop

1-bit geheugencel
B
P
= puls = normaal 0, tijdens “schrijven” 1
29
Transistorgeheugens

Matrixstructuur
 Individuele
bits
 Adresdecodering (selectie van bits)
…
…
…
30
SRAM





Static RAM
Bouwstenen: Bipolaire flip-flops
Snelste
Duurste
Gebruik:
 CMOS
SRAM (batterijvoeding: weinig energie)
 Voorgeheugens (caches: snelheid)
31
DRAM


Dynamic RAM
Bouwstenen: Condensatoren (20 fF = 20 x 10-15 F)
 Geladen:
“1”
 Ontladen: “0”
woordlijn
FET
FET = Field Effect Transistor
bitlijn
32
DRAM

Nadelen:
 Lezen
= destructief
 Lekstroom
(dus herschrijven)
(dus opfrissen)
10 ms
33
Vergelijking
Lees
toegangstijd
Resultaat
Lees
geheugencyclustijd
Decodering adres
Schakeltijd van poorten
Toegangstijd
Cyclustijd
Capaciteit
SRAM
… 10 ns …
… 12 ns …
# 100 kbits
(Herschrijven)
(Opfrissen)
Uitdoven parasietsignalen
DRAM
50 .. 150 ns
70 .. 250 ns
16 .. 64 Mbit
34
Optimisaties

Reductie van geheugencyclustijd
 Geheugenspreiding
2
geheugenmodules
even adressen
 EDO
oneven adressen
(Extended Data Output)
 Lezen
 SDRAM
van opeenvolgende woorden
(Sychronous burst DRAM)
 Gelijkaardig
35
SIMM en DIMM

SIMM = Single In-line Memory Module

DIMM = Dual In-line Memory Module (2-zijdig)
36
Leesgeheugens (ROM)


ROM = Read Only Memory
Verschillende varianten:
 ROM
(bij constructie gevuld)
 PROM (Programmable ROM)
 slechts
 EPROM
 kan
eenmaal beschrijfbaar (speciaal apparaat)
(Erasable PROM)
gewist worden via UV-licht
 EEPROM
venster
(Electrically EPROM)
 ter
plaatse wissen
 FLASH: variante van EEPROM
(grote blokken wissen)
37
Hoofdstuk 2



Elektronica
Centraal Geheugen (RAM)
Geheugenmedia
Magneetschijven
 Optische Schijven
 Magneto-Optische Schijven
 Magneetbanden/Cassettes



Organisatie
Snelheid
38
Magneetschijven




Harde Magneetschijf
Geperfectioneerde magneetschijven
Soepele Schijven
Alternatieven
39
Harde Magneetschijf

Fysisch voorkomen
holle as
plaat (glas/aluminium)
30 .. 50 cm
3 .. 12 cm
< 3 cm
3000
3600 t/min
5400
7200
magnetiseerbare laag
40
Harde Magneetschijf

Werking
I
lezen
schrijven
5 .. 10 m
0 0 1 1 0 0 …
I
geleider in
bewegend
magnetisch
veld
0,1 .. 0,2 m
41
Harde Magneetschijf
42
Harde Magneetschijf
menselijk haar
50 m
rookdeeltje 5 m
vingerafdruk 3 m
lees/schrijfkop
vlieghoogte
0.5 m
magnetiseerbare laag 2.5 m
43
Harde Magneetschijf

Lees/schrijfkop
boven oppervlak (< 1 m)
 stofvrij zoniet headcrash
 Winchester-schijven
 zweven
 platen
 bij
+ koppen in hermetisch afgesloten doos
stilzetten: landen op landingszone
44
Harde Magneetschijf

Spoor = { sectoren }
sector
spoor
512b .. 4kb data
HD … data … ECC
800 ... 2000 sporen/cm
spoorbreedte = 10 .. 15 m
# sectoren / spoor
= vast (niet optimaal) of
= neemt toe naar buiten
45
Harde Magneetschijf

Werking
kam
lees/schijfkop
cilinder
= { sporen onder lees/schrijfkoppen voor bep. stand kam }
46
Harde Magneetschijf
47
Harde Magneetschijf
Lees/Schrijf (CILINDER, KOP, SECTOR)
a) Positioneren (= zoektijd, seektime)


spoor-spoor: 1 ms
gemiddeld: 10 ms
b) Rotationele wachttijd (= latency time)


wachten tot juiste sector onder de kop
gemiddeld = ½ toer (4 .. 8 ms)
c) Lezen/Schrijven
 debiet = 5 .. 30 Mb/s (kortstondig!)
48
Geperfectioneerde Schijven


Hogere Snelheid
Hogere Betrouwbaarheid
 tegen

verlies van informatie
RAID
 Redundant Array
of Inexpensive Disks
 Redundant Array of Independant Disks
Controller
Controller
49
RAID technologie
Data 0
Data 2
Data 1
Data 3
Strip 0 Strip 1 Strip 2
Strip 4 Strip 5 Strip 6
...
...
...
Strip 3
Strip 7
…
Strip 0 Strip 1 Strip 2
Strip 4 Strip 5 Strip 6
...
...
...
Strip 3
Strip 7
…
RAID 0
• disk striping
• I/O in parallel
Strip 0 Strip 1 Strip 2
Strip 4 Strip 5 Strip 6
...
...
...
Strip 3
Strip 7
…
RAID 1
• disk striping
• disk mirroring
• schrijven duurt even lang
• lezen kan sneller
50
RAID technologie
Bit 1
Bit 2
Bit 3
Bit 4
Bit 5
Bit 6
Bit 7
...
...
...
…
...
...
...
RAID 2
• Hamming code (4 bits  7 bits)
• bits in parallel
• armpositie & rot. positie gesynchroniseerd
Bit 1
Bit 2
Bit 3
Bit 4
Pariteit
...
...
...
…
...
RAID 3
• Pariteitsbit (4 bits  5 bits)
• bits in parallel
• armpositie & rot. positie gesynchroniseerd
51
RAID technologie
Strip 0 Strip 1 Strip 2
Strip 4 Strip 5 Strip 6
...
...
...
Strip 3
Strip 7
…
P0-3
P4-7
...
Strip 0 Strip 1 Strip 2
Strip 4 Strip 5 Strip 6
...
...
...
Strip 3
P4-7
…
P0-3
Strip 7
...
RAID 4
• disk striping
• pariteits-strip
• disk crash: herstel
• 1 strip wijzigen:
• 2 x Lezen + 2 x Schrijven
RAID 5
• = RAID 4
• verspreid pariteit strip
52
Soepele Schijven

Floppy Disk, Diskette

Afmetingen
 5.25

“ en 3.5”
Kop raakt oppervlak
 Sleet
+ Warmte
 Start /Stop: ±½ s
53
Soepele Schijven
Param.
LD 5.25”
HD 5.25” LD 3.5” HD 3.5”
Afm.
5.25”
5.25”
3.5”
3.5”
Cap. (byte)
360K
1.2 M
720K
1.44M
# Sporen
40
80
80
80
# Sec/Spoor 9
15
9
18
# Koppen
2
2
2
2
Toeren/min
300
360
300
300
Debiet (kBps) 250
500
250
500
Type
Plooibaar Plooibaar Stevig
Stevig
54
Magneet Schijven




Harde Magneetschijf
Geperfectioneerde magneetschijven
Soepele Schijven
Alternatieven:
 ZIP
(100MB/250MB), JAZ (1GB/2GB),
SuperDisk (120MB) (Imation)
 HiFD (100MB) (Sony)
Drive compatibel
 ...
met 3.5” FD
55
Optische Schijven






Voorloper: Video-disk (30 cm)
Audio CD
CD-ROM
CD-R
CD-RW
DVD (DVD-ROM, DVD-R, …)
56
Audio CD






1980 (Philips & Sony)
12 cm , 1.2 mm dik
Informatie Digitaal
16-bit sampling,
44,4 kHz
Red Book
tot 74 min. muziek
57
Compact Disc

Productie:
 branden
van putjes in glasplaat
 maken van matrijs
 persen van CD
 dunne laag aluminium
 laklaag
 label
58
Compact Disc

Afspelen: m.b.v. laser
infrarood 0.78 m
59
Compact Disc
60
Compact Disc

1: overgang, 0: geen overgang
61
Compact Disc



Spiraal (binnen naar buiten)
22.188 omwentelingen
(± 600 per mm)
Constante bitstroom
530 T/min  200 T/min
= Constant Linear Velocity
62
CD-ROM





1984 (Philips & Sony)
CD voor opslag van data: CD-ROM
Compact Disc, Read-Only Memory
Compatibel met audio CD
Yellow Book
 Formaat
van Data
 Extra Foutenbescherming
63
CD-ROM
...
Symbool: 8 bits  14 bits
42 symbolen
...
00ffffffffffffffffffff00
min:s:sect:mode
98 frames
Frame (588 bits)
• 24 data bytes
• rest: fouten+synch.
H
DATA
ECC
16 bytes
2048 bytes
288 bytes
H
16 bytes
DATA
2336 bytes
Sector
• Mode 1
• Mode 2
64
CD-ROM

Foutencontrole: 3 niveaus
 Per
symbool (1-bit fout)
 Per frame (# opeenvolgende fouten)
 ev. per sector (Cross Interleaved Reed-Solomon code)

Efficientie:

98 x 588 bits = 57.624 bits  2048 x 8 = 16.384 bits
65
CD-ROM

Capaciteit:
 ±270.000

sectoren
(550 MB .. 630 MB)
Debiet:
 75
sect. / s = 150 kB (mode 1) = 171 kB (mode 2)
 x2, x4, …, x32, …
 Hogere snelheden
 CAV

(constant angular velocity) aan binnenzijde
Zoektijd:
 controller:
 100
berekening van plaats + zoeken
ms
66
CD-I






Compact Disc, Interactive
Philips, 1986
Speler verbonden met TV
MPEG video, geluid, …
Green Book
Toepassing:
 Spelletjes
 Educatieve
programma’s
67
CD-R




Compact Disc, Recordable
1989
WORM, Write-Once, Read Many
Groef met sinusoidale rand (snelheid)
Uitzicht: Goudkleurig i.p.v. zilverkleurig
1.2 mm

Label
Beschermlaag
Reflecterende Au-laag
Doorzichtige Kleurstof
Substraat
68
CD-R

Schrijven:
 Laser:

Hoog vermogen (verkleuring)
Lezen:
 Laser:
Laag vermogen (donkere plek: minder reflectie)
 ook te lezen op gewone CD-ROM lezen

Beschrijven:
 in
een continue operatie beschrijven,
zonder stoppen
69
CD-R

Orange Book
 CD-R
 CD-ROM/XA

(incrementeel beschrijven)
Toepassing:
 PhotoCD
 Backup

Piraterij!
 verkeerde
lengte, verkeerde ECC, …
70
CD-RW


Compact Disc, ReWritable
Zoals CD-R, kleurstof vervangen door legering
 twee
stabiele toestanden: kristallijn & amorf
71
CD-RW

Schrijven:
 Laser:
hoog vermogen
 legering
 Laser:
medium vermogen
 legering

smelt, koelt af tot amorf
omgezet naar kristallijn
Lezen:
 Laser:
laag vermogen
 kristallijn:
veel reflectie
 amorf: weinig reflectie

Duurder dan CD-R (kan niet gewist!)
72
DVD


Digital Video Disk, Digital Versatile Disk
Zelfde formaat CD-ROM (120 mm schijf)
CD

Capaciteit: 4.7 GB
DVD
Debiet: 1.4 MB/s
73
DVD

Compressie: MPEG-2 (4 Mbps)
 afhankelijk

van detail & hoeveelheid beweging
Audio
 24-bit
sampling, 96 kHz
 DigitalSurround (5 kanalen + 1 subwoorfer-kan.)

Films
 meerdere
talen (<= 8) + ondertiteling
 meerdere verhaallijnen (te selecteren)
 meerdere gezichtspunten
 kinderslot
74
DVD

4 Formaten:
 single-sided,
single-layer
 single-sided, dual-layer
 double-sided, single-layer
 double-sided, dual-layer
4.7 GB
8.5 GB
9.4 GB
17 GB
Semi-reflectieve laag
Aluminium reflector
75
Magneto-Optische Schijven

Legering
 Boven
Curiepunt (Tc): magnetisatie wijzigen
 Onder Curiepunt: magnetisatie bevroren

Schrijven:
laser
Lezen: Kerr effect
laser
B


polarisatie
Concentrische sporen, sectoren, CAV
Verwijderbaar medium, vaak 5.25”
76
Magneto-Optische Schijf
77
Magneetbanden




Spoel-tot-spoel
1”, 1/2” breed, 2400 ft lang
capaciteit: … 180 MB ...
9 sporen (1 byte + pariteit)
 lees
en schrijf koppen
78
Magneetbanden


Blokken van variabele lengte
hiaat (½ - 1”): start/stop
hiaat



dichtheid: 1600 B/duim, 6250 B/duim
debiet: tot 3 MB/s
terugspoelen: 50 s tot 3 min
79
Cassettes
80
Cassettes

Cartridge
 vaak
streaming mode
 blokken
van ½kB .. 1 kB met heel klein hiaat
 backup:
data compressie (tot 2 x zoveel op tape)
 28 .. 144 sporen
 vaak serieel beschreven
(serpentine recording)
81
Cassettes

Types
 ½”
cartridge
4
GB .. 35 GB
 1 MB/s .. 5 MB/s
 ¼”
cartridge (QIC)
 vooral op PCs
 400
MB .. 4 GB
 125 kB/s .. 1.5 MB/s
 heel veel incompatibele formaten
82
Cassettes

Types (helical scan)
8
mm (videoband)
3
GB .. 25 GB
 500 kB/s .. 6 MB/s
4
mm (DAT)
2
GB .. 12 GB
 50 kB/s .. 1 MB/s
83
Massageheugens

200 CDs

JukeBox met CDs
Speciale Cassette lader
20 Cassettes
84
Hoofdstuk 2


Geheugenmedia
Organisatie
Bussen
 Pijplijnen
 Voorgeheugens


Snelheid
85
Bussen

Transport van gegevens tussen lokaties


serieel vs parallel (8, 16, 32, 64, …)
Implementatie
punt-tot-punt verbinding (duur!)
 gemeenschappelijke verbinding (bus)

CPU
RAM
Video
Harde Schijf CD-ROM
Bestuurder Bestuurder Bestuurder
...
86
Bussen

Verschillende lijnen
 Adressen
 Gegevens
 Controlesignalen

(Opdrachten)
Voorbeelden
 (E)ISA
(Extended Industry Standard Architecture)
 PCI (Peripheral Component Interconnect)
 ...
87
Bussen
PCI
bridge
CPU
SCSI bus
Geluid
kaart
SCSI
Schijf
SCSI
Bestuurder
Drukker
Bestuurder
ISA
bridge
RAM
Video
Bestuurder
PCI bus
Modem
ISA bus
...
88
Interne bussen
Registers
Rekeneenheid
89
Bussen

Bus breedte
#
adreslijnen
 20
lijnen: max. 1M (PC/XT)
 24 lijnen: max. 16 M (ISA)
 32 lijnen: max. 4G
(EISA/PCI)
 64 lijnen: max. 16 E (PCI)
#
datalijnen
 8,
16, 32, 64 lijnen
 ev. 32 bits ophalen over 8-bit bus = 4 x lezen
 multiplexed
bus: adres/datalijnen gemeensch.
90
Bussen

Participanten
 Meester
 CPU,
 Slaaf
= apparaat dat comm. initieert
DMA-apparaat, ...
= andere partij
 geheugen,
...
RAM
CPU
 Lees xyz

Data
+
= Bus
cyclus
91
Bussen

Werking:
 Synchroon
 op
kadans van een klok
 bus cyclus = geheel # klokcycli
 ISA (8.33 Mhz), PCI (33 MHz/66MHz)
 Asynchroon
 bus

toegang slechts zo lang als nodig
Bus Protocol:
 Hoe
bus werkt
 Hoe
“meester” worden, Welke signalen + Timing ...
92
Synchrone Bus
MIN
MAX
ADRES
DATA
MREQ
READ
WAIT
(Geheugen)
93
Bus Arbitratie

Hoe “meester” worden
 Gecentraliseerd
 schakeling
in CPU, aparte arbiter chip, …
aanvraag
Arbiter
OK
NOK
OK
App. 1
App. 2
NOK
App. 3
App. 4
 Gedecentraliseerd
94
Bus Cycli

Lees cyclus

Meester: Lees xyz
 Slaaf:
Data
Meester:
 Slaaf:
 Meester:
 Slaaf:



Schrijf cyclus
Meester: Schrijf data xyz
 Slaaf:
OK
Lees/Wijzig/Schrijf cyclus
Lees xyz
Data
Schrijf Data* xyz
OK


Block transport

Interrupt cyclus

...
Meester: Lees xyz ...
 Slaaf:
Data, data, ...

95
Pijplijnen

Soort lopende band in processor
HIA.w R1,10
OPT
R1,100
BIG
R1,2(R3+)
LEZ
DRU
HIA.w
R1,10
Voer uit
OPT R1,10
Analyseer
BIG R1,2(R3+)
Haal operand op
LEZ
Bereken adres
DRU
RAM
96
Pijplijnen

Complex!
 Indexatie
HIA.w R1,10
OPT
R3,100
BIG
R1,2(R3+)
LEZ
DRU
Compiler:
• herordenen van instructies
• inlassen van NOP
 sprongbevelen
 voorspellen,
meerdere pijplijnen
97
Voorgeheugens


RAM relatief traag t.o.v. CPU
Extra snel voorgeheugen (cache memory)
CPU
cache
SRAM
Kopie van
gedeelte
van RAM
RAM
DRAM
98
Voorgeheugens
Lees a
CPU


in VG? JA!
RAM
a

Lees b
CPU


in VG? NEE!
b

RAM

99
Voorgeheugens

Lokaliteitsprincipe
 lokaliteit
in tijd
nodig op tijd t
 x nodig op tijdstip t+dt
lussen, tussenresultaten
x
 lokaliteit
in ruimte
nodig op tijdstip t  x+dx nodig op tijdstip t+dt
programma’s, rijen, velden van records, …
 daarom: lijnbreedte (8 bytes, 16 bytes, …)
x

Voorgeheugen
 90%
.. 98% succes!
100
Voorgeheugens

Ontwerpkeuzen:
(16 kB, 32 kB, … 512 KB, …)
 lijnbreedte (8B, 16B, 32B, …)
 grootte
 hoeveel
tegelijk ophalen uit RAM
 hoe
georganiseerd
 gemeenschappelijk VG
versus
gescheiden VG voor data en instructies
 aantal voorgeheugens (1, 2 of meer)
101
Voorgeheugens

Organisatie
 direct
afgebeeld voorgeheugen
 elk
RAM “lijn” heeft vaste plaats in het VG
 tag duidt aan over welke geheugen-lijn het gaat
(de meest beduidende bits van het adres)
 associatieve
voorgeheugens
 een
RAM lijn kan om het even waar in het VG
 tag duidt aan over welke geheugen-lijn het gaat
 associatief: alle tags tegelijk vergelijken!
102
Voorgeheugens

Direct afgebeeld voorgeheugen
tag
=?
VG
adres
RAM
103
Voorgeheugens

Associatieve Voorgeheugens
tag
=?
VG
adres
RAM
104
Voorgeheugens

Schrijven in VG
 wegschrijven
 onmiddellijk
 uitgesteld
doorheen het VB
hoofdgeheugen aanpassen
wegschrijven
 alleen
in VG aanpassen,
pas later in hoofdgeheugen
 schrijven
als niet in VG
 alleen
in hoofdgeheugen
 eerst in VG brengen
105
Voorgeheugens
Performantie ???




Toegangstijden: TRAM, TVG
Succesratio: s
Gemiddeld:
TG = s * TVG+ (1-s) * TRAM
Voorbeeld:
TRAM= 100 ns
TVG = 10 ns
s = 95%
Tgem = 0.95 * 10 + 0.05* 100
= 9.5 + 5 = 14.5 ns
Kostprijs ???




Capaciteiten: CRAM, CVG
Prijs: KRAM, KVG
Totaal:
K = CRAM* KRAM+ CVG * KVG
Voorbeeld:
CRAM = 128 MB
KRAM = 250 BEF/MB
CVG = 128 kB
KVG = 16.000 BEF/MB
K = 128 * 250 + 16.000/8
= 32.000 + 2.000 = 34.000
7 x sneller, slechts 6 % duurder
106
Voorgeheugens

Meerdere niveaus
CPU
Cache
L1
Cache
L2
RAM
16 kB
512 kB
128 MB
107
Hoofdstuk 2



Geheugenmedia
Organisatie
Snelheid
MIPS
 MFLOPS
 Experimenteel testen

108
Snelheid

MIPS
 Million

MFLOPS
 Million

Instructions Per Second
Floating Point Instructions Per Second
Merk Op:
 niet
alle instructies even veel tijd!
 niet alle instructie-sets even uitgebreid
 niet altijd uitgebreide datatypes
 MIPS/MFLOPS = relatieve maat binnen
computerfamilie
109
Snelheid

Experimenteel testen

Standaard testen
Whetstone: tech. wetenschappelijke programma’s
 Dhrystone: zonder bewegende komma operaties
 SPEC: { programma’s van verschillende constructeurs }


Gebruikersstandpunt
Responstijd = tijd eerste resultaat - tijd opdracht ingegeven
 Verblijftijd = tijd afgewerkt - tijd opdracht ingegeven
 Doorvoer = # afgewerkte programma’s / tijdseenheid

110