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Arquitetura de Computadores I Professor: Felipe Maia Galvão França Aluno: Fabrício Jorge Lopes Ribeiro

Trabalho de Massagem de Memória

Trabalho de Massagem de Memória PESC - Arquitetura de Computadores I

Prof.: Felipe França Aluno: Fabrício Jorge Lopes Ribeiro

2

1. Introdução 5

2. Simulações 5

2.1. PENTIUM 166 Mhz – 32M 5

2.1.1. Percurso de memória de até 4M. 5

2.1.2. Percurso de memória de até 4M em escala logarítmica no eixo y. 6

2.2. PENTIUM MMX 233 Mhz – 128M 7

2.2.1. Simulação com percurso de memória de até 4M. 7

2.2.2. Simulação com percurso de memória de até 4M em escala logarítmica no eixo y. 8


2.3. AMD DURON 1300 Mhz – 256M 10

2.3.1. Simulação com percurso de memória de até 4M. 10



3. Respostas do Exercício 5.2 13

3.1. Questão A 13

3.1.1. PETIUM 166 Mhz 13

3.1.2. PETIUM MMX 233 Mhz 14

3.1.3. AMD DURON 1300 Mhz 15

3.2. Questão B 16

3.2.1. PETIUM 166 Mhz 16


3.2.3. AMD DURON 1300 Mhz 16



3

3.3. Questão C 16

3.3.1. PETIUM 166 Mhz 16


3.3.3. AMD DURON 1300 Mhz 17

3.4. Questão D 17

3.4.1. PETIUM 166 Mhz 17


3.4.3. AMD DURON 1300 Mhz 17

3.5. Questão E 18

3.5.1. PETIUM 166 Mhz 18


3.5.3. AMD DURON 1300 Mhz 18

3.6. Questão F 18

3.6.1. PETIUM 166 Mhz 18


3.6.3. AMD DURON 1300 Mhz 19

3.7. Questão G 19

3.7.1. PETIUM 166 Mhz 19


3.7.3. AMD DURON 1300 Mhz 19

3.8. Questão H 19

3.8.1. PETIUM 166 Mhz 19




4

3.8.3. AMD DURON 1300 Mhz 20

3.9. Questão I 20

3.9.1. PETIUM 166 Mhz 20


3.9.3. AMD DURON 1300 Mhz 21

3.10. Questão J 21

3.10.1. PETIUM 166 Mhz 21


3.10.3. AMD DURON 1300 Mhz 21

3.11. Questão K 21



5

1. Introdução O trabalho visa à realização do exercício 5.2 do Livro Arquitetura de Comptadores Uma Abordagem Quantitativa 3ª Edição – John L. Hennessy e David A. Patterson. Foram realizadas simulações em 3 (três) máquinas diferentes utilizando o sistema operacional LINUX Conectiva 8:

• PENTIUM 166 Mhz – 32M • PENTIUM MMX 233 Mhz – 128M • AMD DURON 1300 Ghz – 256M •

2. Simulações

2.1. PENTIUM 166 Mhz – 32M Gráficos com os resultados obtidos com o programa de verificação da memória

2.1.1. Percurso de memória de até 4M.

Petium 166 Mhz

0

100

200

300

400

500

600

700

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Percurso da Memória

Tem

po L

eitu

ra e

Esc

rita

(ns)

4K8K16K32K64K128K256K512K1M2M4M



6

2.1.2. Percurso de memória de até 4M em escala logarítmica no eixo y.

Petium 166 Mhz

1

10

100

1000

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21


Tem

po L

eitu

ra e

Esc

rita

(ns)

4K8K16K32K64K128K256K512K1M2M4M



7

2.2. PENTIUM MMX 233 Mhz – 128M Gráficos com os resultados obtidos com o programa de verificação da memória

2.2.1. Simulação com percurso de memória de até 4M.

Pentiun MMX 233 Mhz

0

100

200

300

400

500

600

700

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21


Tem

po d

e Le

itura

e E

scrit

a (n

s) 4K8K16K32K64K128K256K512K1M2M4M



8

2.2.2. Simulação com percurso de memória de até 4M em escala logarítmica no eixo y.

Pentiun MMX 233 Mhz

1

10

100

1000

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21


Tem

po d

e Le

itura

e E

scrit

a (n

s) 4K8K16K32K64K128K256K512K1M2M4M



9


Pentium MMX 233 Mhz - 4kx4k

1

10

100

1000

10000

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25


Tem

po d

e Le

itura

e E

scrit

a (n

s)

4K

8K

16K

32K

64K

128K

256K

512K

1M

2M

4M

8M

16M

32M

64M



10

2.3. AMD DURON 1300 Mhz – 256M

2.3.1. Simulação com percurso de memória de até 4M.

AMD Duron 1300 Mhz

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21


Tem

po d

e Le

itura

e E

scrit

a (n

s) 4K8K16K32K64K128K256K512K1M2M4M



11


AMD Duron 1300 Mhz

1

10

100

1000

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21


Tem

po d

e Le

itura

e E

scrit

a (n

s) 4K8K16K32K64K128K256K512K1M2M4M



12


AMD Duron 1300 Mhz 4Kx4k

1

10

100

1000

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25


Tem

po d

e Le

itura

e E

scrit

a

4K8K16K32K64K128K256K512K1M2M4M8M16M32M64M



13

3. Respostas do Exercício 5.2

3.1. Questão A Represente os resultados experimentais com o tempo decorrido no eixo y e o percurso da memória no eixo x. Utilize escalas logarítmicas para ambos os eixos e desenhe

3.1.1. PETIUM 166 Mhz

Petium 166 Mhz

1

10

100

1000

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16


Tem

po L

eitu

ra e

Esc

rita

(ns)

L1 - 8KL2 - 128K



14

3.1.2. PETIUM MMX 233 Mhz

Pentium MMX 233

1

10

100

1000

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17Percurso da Memória

Tem

po d

e Le

itura

e E

scrit

a (n

s)

L1 - 16KL2 - 256K



15

3.1.3. AMD DURON 1300 Mhz

AMD Duron 1300 Mhz

1

10

100

1000

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18


Tem

po d

e le

itura

e E

scrit

a (n

s)

L1 - 64KL2 - 512K



16

3.2. Questão B Quantos níveis de Cache existem?

3.2.1. PETIUM 166 Mhz Verificando as curvas do gráfico observa-se que a partir da curva de 16 K os tempos de acesso no percurso aumentam o que acontece também a partir da curva de 256K. Este comportamento indica que existem 2 (dois) níveis de cache L1 (mais rápido) e L2 (mais lento).

3.2.2. PETIUM MMX 233 Mhz Verificando as curvas do gráfico observa-se que a partir da curva de 32 K os tempos de acesso no percurso aumentam o que acontece também a partir da curva de 512K. Este comportamento indica que existem 2 (dois) níveis de cache L1 (mais rápido) e L2 (mais lento).

3.2.3. AMD DURON 1300 Mhz Verificando as curvas do gráfico observa-se que a partir da curva de 128 K os tempos de acesso no percurso aumentam o que acontece também a partir da curva de 1M. Este comportamento indica que existem 2 (dois) níveis de cache L1 (mais rápido) e L2 (mais lento).

3.3. Questão C Quais são os tamanhos global e o tamanho do bloco da cache de primeiro nível?

3.3.1. PETIUM 166 Mhz Como a maior curva de percurso que mantém os menores tempos de acesso (média 57 ns) é a de 8K, este é o tamanho global da cache L1. Verificando o comportamento da curva observa-se que após o percurso de 16 bytes os tempos de acesso tornam-se mais constantes indicando que a L1 tem um tamanho de bloco de 16 bytes.

3.3.2. PETIUM MMX 233 Mhz Como a maior curva de percurso que mantém os menores tempos de acesso (média 41 ns) é a de 16K, este é o tamanho global da cache L1. Verificando o comportamento da curva observa-se que após o percurso de 32 bytes os tempos de acesso tornam-se mais constantes indicando que a L1 tem um tamanho de bloco de 32 bytes.



17

3.3.3. AMD DURON 1300 Mhz Como a maior curva de percurso que mantém os menores tempos de acesso (média 8,6 ns) é a de 64K, este é o tamanho global da cache L1. Verificando o comportamento da curva observa-se que após o percurso de 64 bytes os tempos de acesso tornam-se mais constantes indicando que a L1 tem um tamanho de bloco de 64 bytes.

3.4. Questão D Quais são os tamanhos global e o tamanho do bloco da cache de segundo nível?

3.4.1. PETIUM 166 Mhz Usando o mesma analogia da questão anterior, a maior curva que mantém os menores tempos de acesso (média 182 ns) é a de 128K, este é o tamanho global da cache L2. E o comportamento da curva após o percurso de 32 bytes os tempos de acesso tornam-se mais constantes indicando que a L2 tem um tamanho de bloco de 32 bytes.

3.4.2. PETIUM MMX 233 Mhz Usando o mesma analogia da questão anterior, a maior curva que mantém os menores tempos de acesso (média 221 ns) é a de 256K, este é o tamanho global da cache L2. E o comportamento da curva após o percurso de 32 bytes os tempos de acesso tornam-se mais constantes indicando que a L2 tem um tamanho de bloco de 32 bytes.

3.4.3. AMD DURON 1300 Mhz Usando o mesma analogia da questão anterior, a maior curva que mantém os menores tempos de acesso (média 116 ns) é a de 512K, este é o tamanho global da cache L2. E o comportamento da curva após o percurso de 64 bytes os tempos de acesso tornam-se mais constantes indicando que a L2 tem um tamanho de bloco de 64 bytes.



18

3.5. Questão E Qual a associatividade da cache de primeiro nível? Qual a associatividade da cache de segundo nível?

3.5.1. PETIUM 166 Mhz • Cache de segundo nível, L1: Associativa por conjunto de 2 vias; • Cache de segundo nível, L2: • Associativa por conjunto de 4 vias;

3.5.2. PETIUM MMX 233 Mhz • Cache de segundo nível, L1: Associativa por conjunto de 4 vias; • Cache de segundo nível, L2: • Associativa por conjunto de 8 vias;

3.5.3. AMD DURON 1300 Mhz • Cache de segundo nível, L1: Associativa por conjunto de 4 vias; • Cache de segundo nível, L2: • Associativa por conjunto de 8 vias;

3.6. Questão F Qual é o tamanho da página do sistema?

3.6.1. PETIUM 166 Mhz Verificamos no gráfico que todas as curva de percurso a partir de 16K sofrem um aumento substancial no tempo de acesso até o percurso de 16 Bytes sofre um grande salto no tempo de acesso (provavelmente uma falha na TLB) e se mantêm até o percurso de 512 Bytes, o que indica que o tamanho de página de 512 bytes.

3.6.2. PETIUM MMX 233 Mhz Verificamos no gráfico que todas as curva de percurso a partir de 32K sofrem um aumento substancial no tempo de acesso após o percurso de 16 Bytes sofre um grande salto no tempo de acesso (provavelmente uma falha na TLB) e se mantêm até o percurso de 1024 Bytes, o que indica que o tamanho de página de 1K.



19

3.6.3. AMD DURON 1300 Mhz Verificamos no gráfico que todas as curva de percurso a partir de 256K sofrem um aumento substancial no tempo de acesso após o percurso de 32 Bytes sofre um grande salto no tempo de acesso (provavelmente uma falha na TLB) e se mantêm até o percurso de 2048 Bytes, o que indica que o tamanho de página de 2K.

3.7. Questão G Quantas entradas existem no TLB?

3.7.1. PETIUM 166 Mhz Como foi verificado na questão anterior as falhas na TLB começam com a curva de tamanho 16k e sendo 1k o tamanho de página do sistema, o número de entradas da TLB é obtido por: 16K / 512 = 32 entradas.

3.7.2. PETIUM MMX 233 Mhz Como foi verificado na questão anterior as falhas na TLB começam com a curva de tamanho 16k e sendo 1k o tamanho de página do sistema, o número de entradas da TLB é obtido por: 32K / 1K = 32 entradas.

3.7.3. AMD DURON 1300 Mhz Como foi verificado na questão anterior as falhas na TLB começam com a curva de tamanho 16k e sendo 1k o tamanho de página do sistema, o número de entradas da TLB é obtido por: 256K / 1K = 256 entradas.

3.8. Questão H Quais são as penalidades de erro da cache de primeiro nível e da cache de segundo nível? A penalidade de falha no 1º nível é o tempo de acesso de 2º nível menos o tempo de acesso do 1º nível. A penalidade de falha no 2º nível é o tempo de acesso de 3º nível (RAM) menos o tempo de acesso do 2º nível.

3.8.1. PETIUM 166 Mhz Penalidade de Erro L1 = Tempo Médio de Acesso L2 – Tempo Médio de Acesso L1 Penalidade de Erro L1 = 182 - 57



20

Penalidade de Erro L1 = 125 ns Penalidade de Erro L2 = Tempo Médio de Acesso RAM – Tempo Médio de Acesso L2 Penalidade de Erro L2 = 429 - 182 Penalidade de Erro L2 =247 ns

3.8.2. PETIUM MMX 233 Mhz Penalidade de Erro L1 = Tempo Médio de Acesso L2 – Tempo Médio de Acesso L1 Penalidade de Erro L1 = 221 - 41 Penalidade de Erro L1 = 180 ns Penalidade de Erro L2 = Tempo Médio de Acesso RAM – Tempo Médio de Acesso L2 Penalidade de Erro L2 = 457 - 221 Penalidade de Erro L2 =236 ns

3.8.3. AMD DURON 1300 Mhz Penalidade de Erro L1 = Tempo Médio de Acesso L2 – Tempo Médio de Acesso L1 Penalidade de Erro L1 = 116 – 8,6 Penalidade de Erro L1 = 107,4 ns Penalidade de Erro L2 = Tempo Médio de Acesso RAM – Tempo Médio de Acesso L2 Penalidade de Erro L2 = 163 - 116 Penalidade de Erro L2 = 47 ns

3.9. Questão I Qual é o tempo para uma falha de página na memória secundária? Tempo médio de acesso ao disco 1032 ns

3.9.1. PETIUM 166 Mhz Penalidade de Erro RAM = Tempo Médio de Acesso Disco - Tempo Médio de Acesso RAM Penalidade de Erro RAM =1032 - 429 Penalidade de Erro RAM = 603 ns

3.9.2. PETIUM MMX 233 Mhz Penalidade de Erro RAM = Tempo Médio de Acesso Disco - Tempo Médio de Acesso RAM Penalidade de Erro RAM =1032 - 457



21

Penalidade de Erro RAM = 575 ns

3.9.3. AMD DURON 1300 Mhz Penalidade de Erro RAM = Tempo Médio de Acesso Disco - Tempo Médio de Acesso RAM Penalidade de Erro RAM =1032 - 163 Penalidade de Erro RAM = 869 ns

3.10. Questão J Qual a penalidade de erro para a TLB?

3.10.1. PETIUM 166 Mhz Como verificado na análise da questão F na falha na TLB o tempo de acesso para a curva de 16 k, o tempo médio de acesso sobe de 108 ns para 201ns. Penalidade de erro para o TLB é 201 - 108 = 96 ns

3.10.2. PETIUM MMX 233 Mhz Como verificado na análise da questão F na falha na TLB o tempo de acesso para as curvas maiores do que 32 k, o tempo médio de acesso sobe de 93 ns para 198ns. Penalidade de erro para o TLB é 198 - 93 = 105 ns

3.10.3. AMD DURON 1300 Mhz Como verificado na análise da questão F na falha na TLB o tempo de acesso para as curvas maiores do que 16 k, o tempo médio de acesso sobe de 78 ns para 144ns. Penalidade de erro para o TLB é 144 - 78 = 66 ns

3.11. Questão K Você descobriu algo mais sobre a hierarquia de memória a partir das medidas? As simulações demonstraram a influência dos tipos e tamanhos das memórias em uma hierarquia de memória. Os tempos de acesso são de grande importância para a o desempeno dos computadores.

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