【正文】 ASID方法： （軟件裝入 TLB時(shí)） TLB表項(xiàng)增加 ASID域，進(jìn)程修改 PTE時(shí)，其他 PE對(duì)應(yīng)項(xiàng)置 0。 虛擬標(biāo)引則存在虛擬地址與物理地址不一一對(duì)應(yīng)問題。 問題： BusRd時(shí)， S態(tài)作廢信息在 L2數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中怎么辦？ 處理： （用單級(jí) Cache的技術(shù)擴(kuò)充） 向上滲透 將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的內(nèi)容作為對(duì)上層的響應(yīng)處理(立即傳播到所有層 )，且不允許對(duì)響應(yīng)重定序； 定序要求 — BusRd的 S/E/M態(tài)數(shù)據(jù)可能被作廢， BusRdX的 E/M態(tài)數(shù)據(jù)可能被作廢 ， BusUpgr的 S態(tài)數(shù)據(jù)可能被作廢 向下滲透 — 在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中所有作廢兌現(xiàn)前，不允許任何請(qǐng)求穿過本層。 目標(biāo)： 為提高各部件帶寬，請(qǐng)求 /響應(yīng)的傳播過程中，應(yīng)允許其他過程在相應(yīng)層次中傳播。 Arb Rslv Addr Dec Ack Arb Rslv Addr Dec Ack 命令總線 地址總線 數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)資源 禁止總線 Addr D1 Cmd Cmd Addr Ack 緊急 Arb 緊急 Arb Addr Ack Addr Arb Data Arb Data Ack Stus Ack Addr Arb Data Arb Addr Data Ack Stus Ack D2 D3 D0 D1 D2 D3 D0 Inhib Inhib Inhib Inhib 數(shù)據(jù) 資源 ID 數(shù)據(jù) 資源 ID 返回上頁 90 串行化和順序一致性討論 （ 1）寫串行化 禁止沖突請(qǐng)求的方法保證了寫 (BusRdX+newPrWr)串行化。 原因： BusWB不需要響應(yīng)，操作速度不受請(qǐng)求表容量控制，其頻率可以很高。 轉(zhuǎn)上二頁 返回下頁 Addr+Cmd監(jiān)聽管理（譯碼周期）： 比較命中請(qǐng)求隊(duì)列時(shí)，觸發(fā)請(qǐng)求隊(duì)列相應(yīng)操作可進(jìn)行修改、不發(fā)出處理； 比較命中為 M態(tài) Cache塊時(shí)，觸發(fā)將標(biāo)記加到響應(yīng)隊(duì)列中； 比較命中寫回緩沖區(qū)時(shí)，觸發(fā)將標(biāo)記加到響應(yīng)隊(duì)列中。 操作請(qǐng)求與寫回緩沖區(qū)沖突的優(yōu)化處理： 將寫回緩沖區(qū)相應(yīng)項(xiàng)作為操作結(jié)果，清除寫回緩沖區(qū)相應(yīng)項(xiàng)。 問題 3： 寫回緩沖區(qū)滿后的請(qǐng)求怎么辦？ 返回下三頁 81 （ 3）沖突的請(qǐng)求處理 常規(guī)沖突處理： PE操作或?qū)懟夭僮鲿r(shí)檢索請(qǐng)求表，塊地址相同的操作請(qǐng)求 (沖突的請(qǐng)求 )被禁止 (等待 )，直到請(qǐng)求表中該塊處理完畢方可發(fā)出。 76 ： Addr req Grant Addr Addr ack Dec Addr req Grant Addr Addr ack Dec D0 D1 D2 D3 Swt D0 D1 D2 D3 Swt Data req 標(biāo)記 檢查 Grant Swt 流水線時(shí) 空?qǐng)D： Addr req Grant Addr Addr ack —— D0 D1 D2 D3 D0 D1 Addr req Grant Addr Addr ack Arb Rslv Addr Dec Ack Arb Rslv Addr Dec Ack Arb Rslv Addr Dec Ack 地址請(qǐng)求 數(shù)據(jù)請(qǐng)求 數(shù)據(jù)響應(yīng) 段 周期 Data req 標(biāo)記 檢查 Data Ack Grant Data req 標(biāo)記 檢查 Data Ack Grant 表示沒有部件驅(qū)動(dòng)相關(guān)總線 77 （ 3）多種功能流水過程混合 Addr req Grant Addr Addr ack —— D0 D1 D2 D3 D0 D1 Addr req Grant Addr Addr ack Arb Rslv Addr Dec Ack Arb Rslv Addr Dec Ack Arb Rslv Addr Dec Ack 地址請(qǐng)求 數(shù)據(jù)請(qǐng)求 數(shù)據(jù)響應(yīng) 段 周期 Data req 標(biāo)記 檢查 Data Ack Grant Data req 標(biāo)記 檢查 Data Ack Grant BusRd/BusRdX BusUpgr BusWB 對(duì)段的要求 不連續(xù)的全部三個(gè)段 地址段 連續(xù)的地址段 +響應(yīng)段 監(jiān)聽響應(yīng)部件 命中的 Cache 無 無 地址確認(rèn)部件 命中的 Cache和主存 操作請(qǐng)求者 主存 * 數(shù)據(jù)確認(rèn)部件 M態(tài) Cache和主存 * 無 數(shù)據(jù)響應(yīng)定位 數(shù)據(jù)請(qǐng)求標(biāo)記 無 地址請(qǐng)求標(biāo)記 狀態(tài)更新時(shí)間 地址確認(rèn)后 數(shù)據(jù)響應(yīng)后 無 無 說明： *主存對(duì)同時(shí)存在的數(shù)據(jù)確認(rèn)及地址確認(rèn)的 ACK最多只有一個(gè)； 78 （ 4）未完成操作請(qǐng)求的管理 操作請(qǐng)求表示： 用請(qǐng)求表表示通過仲裁的未完成請(qǐng)求。 ②：數(shù)據(jù)請(qǐng)求、數(shù)據(jù)響應(yīng)可能在拍 4或拍 5。 總線操作流水線設(shè)計(jì) — 以 Powerpath2為例 （ 1）總線操作需求 BusRd BusRdX BusUpgr BusWB 操作步驟 (異步性 ) 地址請(qǐng)求 √ √ √ √ 數(shù)據(jù)響應(yīng) √ √ 資源需求 (同步性 ) 地址與數(shù)據(jù) √ 功能分類 ① ① ② ③ 附加需求： 操作后需要改變所有 Cache中塊的狀態(tài)。 L1$ L2$ BusRd BusRd回應(yīng) BusRd BusWB L1$ L2$ BusRdX BusWB BusRdX/BusUpgr L1$ L2$ BusWB BusWB M→I 態(tài) M→I 態(tài) S→I 態(tài) S→I 態(tài) 69 向上滲透： 監(jiān)聽的總線操作 — BusRd、 BusRdX、 BusWB。 實(shí)現(xiàn)： ， L2級(jí)采用寫回法，級(jí)間設(shè)置緩沖區(qū)隱藏延遲， L2級(jí)立即變?yōu)?M態(tài)； 各級(jí)均采用寫回法， L1寫命中時(shí)狀態(tài)立即傳遞到 L2級(jí)變?yōu)?MI狀態(tài)， L1級(jí)塊 M態(tài)替換時(shí)， L2級(jí)變?yōu)?M狀態(tài)。 L1$ L2$ P1 存儲(chǔ)器 I/O設(shè)備 L1$ L2$ Pn … 監(jiān)聽 不監(jiān)聽 包含性： Cache的內(nèi)容是下一級(jí)的子集； M態(tài)，則在下一級(jí)必是 M態(tài)。 64 對(duì) LLSC指令： 每個(gè) PE中使用硬件鎖標(biāo)記和鎖存地址寄存器支持 LLSC： LL— 置位鎖標(biāo)記和寫鎖存地址寄存器； SC— 鎖標(biāo)記復(fù)位及塊撲空時(shí)認(rèn)為失?。? 鎖標(biāo)記復(fù)位 — 總線的作廢（或更新）信號(hào)、塊被替換、上下文切換引起。 （ 4）原子操作的實(shí)現(xiàn)問題 對(duì) testamp。 Cache 存儲(chǔ)陣列 比較器 處理器端 控制器 處理器 目錄表 Data Cmd Addr System Bus 目錄表 總線端 控制器 地址 寫回緩沖區(qū) 比較器 比較器 數(shù)據(jù)緩沖區(qū) Addr Cmd Addr Cmd 監(jiān)聽結(jié)果 緩沖區(qū) 轉(zhuǎn)上二頁 轉(zhuǎn)上頁 返回下頁 62 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化 （ 1）非原子性的狀態(tài)轉(zhuǎn)移問題 使用中間或過渡性狀態(tài)擴(kuò)展協(xié)議狀態(tài)圖，用其他方式（不進(jìn)行編碼）反映中間狀態(tài)； 減少狀態(tài)數(shù)目，盡量避免過渡狀態(tài)，如：不使用 BusUpgr，采用原來的 BusRdX。 各 Cache對(duì)監(jiān)聽結(jié)果的相應(yīng)處理： 監(jiān)聽結(jié)果 總線事務(wù) 完成 命中 修改 BusRd BusRdX BusWB 0 X X 主存提供數(shù)據(jù)，請(qǐng)求方 I→E ，無命中方 主存提供數(shù)據(jù)，請(qǐng)求方I→M ，無命中方 無請(qǐng)求方 1 1 0 主存 /Cache提供數(shù)據(jù)， 請(qǐng)求方 I→S 主存 /Cache提供數(shù)據(jù)，請(qǐng)求方 I→M ，命中方 E/S→I 無請(qǐng)求方 1 1 1 Cache提供數(shù)據(jù)，請(qǐng)求方 I→S ，命中方M→S Cache提供數(shù)據(jù)，主存接收數(shù)據(jù)，請(qǐng)求方 I→M ，命中方 M/S→I 主存接收數(shù)據(jù)，請(qǐng)求方 M→I ，無命中方 返回下二頁 60 對(duì)寫回的處理 為隱藏寫回時(shí)延，常采用推遲寫回、先處理讀撲空的方法。 狀態(tài) — M、 E、 S、 I。 56 二、采用原子總線的單級(jí) Cache設(shè)計(jì) Cache控制器和塊標(biāo)記 Cache 存儲(chǔ)陣列 比較器 控制器 處理器 目錄表 Data Cmd Addr System Bus 單處理機(jī) Cache： 塊狀態(tài) I、 V、 M； 控制器 有限狀態(tài)機(jī)； 總線操作步驟 請(qǐng)求、獲得、地址和命令、響應(yīng)、數(shù)據(jù)。 避免死鎖 死鎖處理：避免資源的依賴環(huán)，發(fā)生死鎖時(shí)能夠處理。 結(jié)論：采用硬件原語支持的鎖和共享變量構(gòu)造軟件柵障。 } } 53 硬件原語 取決于鎖算法原語： 柵障采用鎖和普通讀 /寫實(shí)現(xiàn)； 優(yōu)化的總線原語： PE在發(fā)出讀撲空時(shí) /后，看到對(duì)同一單元的讀撲空的總線信號(hào)后，將自己的讀撲空在到達(dá)總線前取消，簡單地從總線上取得所需數(shù)據(jù)。 = 0。 } 帶感應(yīng)逆轉(zhuǎn)的柵障： BARRIER(bar_name, p) { local_sense = !(local_sense)。 UNLOCK()。 52 三、全局（柵障）事件同步 集中式軟件柵障 實(shí)現(xiàn)： 一把鎖、一個(gè)計(jì)數(shù)器、一個(gè)標(biāo)記位。 b=g(a)。 缺點(diǎn)： 功能限制 (不能寫后寫和讀后讀 )和硬件代價(jià)大。 時(shí)延 流量 可擴(kuò)展性 存儲(chǔ)代價(jià) 公平性 測試 測試并設(shè)置鎖 小 中 線性 好 不保證 LLSC 小 較小 線性 好 不保證 加號(hào)鎖 小 小 線性 較好 保證 基于數(shù)組的鎖 小 最小 常數(shù) 差 保證 結(jié)論： 帶回退的 LLSC鎖具有最好的性能； 基于數(shù)組的鎖具有最好的可擴(kuò)展性； 帶有比例回退的加號(hào)鎖和數(shù)組鎖具有較好的公平性。 取并加一實(shí)現(xiàn)： 可用 LLSC實(shí)現(xiàn)。Set比較： 獲得鎖的嘗試失敗不產(chǎn)生作廢，總線流量少； 不用讀 改 寫原子總線事務(wù)實(shí)現(xiàn)原子訪問。Set） — 減少等待期間的總線流量， 占有方 — I態(tài) → E態(tài) → M態(tài) → S態(tài) →M 態(tài) → I態(tài) 等待方 —— I態(tài) →S 態(tài) →I 態(tài) → E態(tài) → M態(tài) → — I態(tài) →S 態(tài) → I態(tài) → 47 鎖性能指標(biāo)： 低時(shí)延、低流量、可擴(kuò)展性、低存儲(chǔ)代價(jià)、公平性。 46 測試并設(shè)置指令（ Testamp。 45 二、互斥 硬件鎖 在總線上用一組鎖線路實(shí)現(xiàn)，每一條線代表一把鎖。 應(yīng)用 忙等待適合等待周期較短的場合，阻塞適合等待周期較長的場合。 （選擇時(shí)撲空率的優(yōu)先級(jí)大于總線帶寬的優(yōu)先級(jí)） 系統(tǒng)總線的帶寬： 根據(jù)協(xié)議帶寬需求的比較，選擇使用 MESI一致性協(xié)議； 在塊大小選定后，根據(jù)各種應(yīng)用的總線帶寬需求，選擇其需求最大值； 在此基礎(chǔ)上擴(kuò)充 50%以上的帶寬（應(yīng)付突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸），作為實(shí)際的系統(tǒng)總線帶寬。 將存儲(chǔ)塊分成幾個(gè)子塊，一致性粒度為子塊大小。 冷啟動(dòng)撲空： 通過增加塊的大小來減?。? 容量撲空： 通過增加 Cache容量來減?。? 沖突撲空： 通過增加 Cache的關(guān)聯(lián)度來減小。 條件 — 對(duì)不同協(xié)議，假設(shè) Cache大小、塊大小等相同。 影響存儲(chǔ)訪問時(shí)延的因素： 撲空率、存儲(chǔ)塊的大小。 更新協(xié)議的使用越來越少，作廢協(xié)議占主流。 新調(diào)進(jìn)的塊 — 按操作撲空類型及監(jiān)聽命中指示信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的總線操作，該塊可以 E/M/Sc/Sm態(tài)裝入。 BusRd/ BusRd/