Sistemas de Memória III

Transcrição

1 Sistemas de Memória III José Costa Introdução à Arquitetura de Computadores Departamento de Engenharia Informática (DEI) Instituto Superior Técnico José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 1

2 Sumário Memória Virtual José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 2

3 Caches vs Memória Virtual Objetivo das caches: Acelerar a velocidade de acesso a dados por parte do processador Objetivo da memória virtual: Aumentar dimensão da memória para além da memória instalada no computador José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 3

4 Endereços Virtuais Programa pode aceder a dados guardados num espaço de endereçamento que é muito maior que a memória primária disponível Isso é conseguido utilizando endereços virtuais Nestes sistemas todos os acessos feitos pelo processador à memória são feitos com endereços virtuais Tradução é feita por uma Unidade de Gestão de Memória (UGM) - Memory Management Unit (MMU) José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 4

5 Endereços Virtuais Os espaços virtual e físico são divididos em grupos contíguos de endereços, a que se chamam páginas Dimensão de uma página é igual nos espaços virtuais e físicos Significativamente maior que a dimensão de um bloco de cache transferência de dados entre memória secundária e primária incorre numa penalização muito maior do que a transferência entre memória principal e cache Dimensão de uma página de memória virtual varia, tipicamente, entre 1k octetos e 16k octetos José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 5

6 Endereços Virtuais UGM verifica se a página correspondente a endereço virtual está em memória ou não Se não estiver, diz-se que houve uma falta de página (page fault) e página é carregada para memória O carregamento de uma página pode demorar diversos milisegundos UCP fica então livre para outras tarefas Estruturas para tradução de endereços virtuais para endereços físicos: tabela de páginas e Translation Look-Aside Buffer (TLB) José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 6

7 Tabelas de Páginas endereço decomposto em dois campos: número da página e deslocamento dentro da página o deslocamento é igual no endereço físico e no endereço virtual o número de páginas é tipicamente bastante diferente a tradução de endereços virtuais para físicos consiste em traduzir o número da página virtual para um número de página física José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 7

8 Tabela de Páginas Plana Número da página virtual Deslocamento Tabela de páginas 00000h 0001h 00001h 0003h 00002h 0000h 00003h 0002h Memória Primária h h h... NULL h 0003 FFFh FFFE 000h FFFF 000h FFFFEh FFFFFh FFFFh FFFEh José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 8

9 Tabela de Páginas Plana Exemplo Se espaço de endereçamento é de 2 32 octetos e uma memória física de 256M octetos. Dimensão das páginas de 4k octetos. Número de páginas virtuais é de A memória física tem 2 16 páginas. Logo cada descritor de página precisa de 2 octetos. Conclusão: Tabela ocupa 2M octetos. José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 9

10 Tabela de Páginas Hierárquica Número da página virtual Índice no directório Índice na tabela Deslocamento h 001h 002h 3FEh 3FFh Directório 000h 001h 002h 3FEh 3FFh 000h 001h 002h 3FEh 3FFh Tabelas 0001h 0003h 0002h... FFFEh FFFFh + NULL NULL Memória Primária h h h h 0003 FFFh FFFE 000h FFFF 000h José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 10

11 Tabela de Páginas Hierárquica Mais eficientes Mais lentas 2 acessos à memória José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 11

12 Política de Substituição Responsabilidade do Sistema Operativo Políticas mais sofisticadas Software Algoritmo LRU é agora possível José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 12

13 Política de Escrita Write-through é má ideia A abordagem típica é write-back, write-allocate Existe aqui também o dirty bit José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 13

14 Bits de Controlo Um bit que indica se o endereço físico é válido Um bit que indica se a página foi alterada enquanto em memória Bits de protecção, que indicam se a página é acessível para escrita, leitura e execução, em modo utilizador ou sistema Um bit que indica que a página foi acedida recentemente José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 14

15 Translation Lookaside Buffers Acesso à memória para indexar tabela de páginas não é nada eficiente Solução... Usar uma cache Esta pequena cache chama-se Translation Lookaside Buffer (TLB) José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 15

16 Interligação de Memória Virtual c/ Caches Duas possibilidades: Endereçar as caches com endereços virtuais mais rápido o acesso aos dados quando o mapeamento entre memória virtual e física muda terá que se invalidar dados Endereçar as caches com endereços físicos Mapeamento mais direto entre os dados da cache e os da memória José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 16

17 Cache Endereçada Fisicamente Número de página Deslocamento Dados TLB CACHE Índice Etiqueta José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 17

18 Sistema de Memória (32 bits) UCP 20 Página Deslocamento TLB 4 v w e d Etiq Página 12 TLB Hit Ready Cache Hit Dados = Indice v d Etiqueta Dados CACHE 20 2 Etiqueta = Deslocamento Hit En Sel MUX 32 MEMÓRIA Controlo Controlador DIMM 12 Endereços 32 DIMM 32 DIMM 32 DIMM 32 José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 18

19 Sumário Memória Virtual José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 19

20 Referências Arquitectura de Computadores: dos Sistemas Digitais aos Microprocessadores, G. Arroz, J. Monteiro, A. Oliveira, Secções 13.3, 13.4 José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 20

21 Próxima Aula Sistemas de Memória (cont.) José Costa (DEI/IST) Sistemas de Memória III 21