??? ?? (data bus)

1
?4? ??-?? ?????? ???

• 4.1 ??? ??
• 4.2 ??? ?? ??
• 4.3 ?? ??
• 4.4 ?? ??? ?? ??

2
4.1 ??? ??

• ??? ?? (data bus)
• ??? ??? ??? ???? ??? ? ???? ??? ??
• ??? ??
• ?? ? ? ?? ???? ??? ??? ?
• ?? ?? (address bus)
• ????? ????? ??/?? ??? ? ?, ?? ????? ???? ?? ???
  ???? ??? ??
• ??? ?? (???? ? ????)
• ?? ? ????? ? ?? ????? ?? ??
• ?? ?? (control bus)
• ????, ?????, ?? ?? ???? ?? ??? ??

3
??? ??? ?????????
4
?? ??? ?? ??

• ???? ? ??????? ??? ??
• ???? ??(memory write), ???? ??(memory read)
• ??? ??(I/O write), ??? ??(I/O read)
• ?? ??(transfer acknowledge)
• ?? ??(bus arbitration)
• ?? ??(bus request), ?? ??(bus grant), ?? ???(bus
  busy)
• ???? ?? ??
• ???? ??(interrupt request)
• ???? ??(interrupt acknowledge)
• ? ? ?? ??(bus clock), ??(reset) ?? ??

5
??? ??(???)

• Bus speed Bus bandwidth
• ??? ??? ??? ??? ??? ?? ??? ??
• ? PCI ?? (33 MHz, 32 bit)
• ?? ??? ?? 1 / (33 106) 30 ns
• ??? ??? 4 byte / (30 10-9) 133 Mbytes/sec
• ? FSB(front Side Bus)
• CPU? ????? ?? ??? ?? ??
• QDR(Quad Data Rate) 100 MHz ? 400 MHz
• AGP? 66 MHz, PCI? 33 MHz

6
4.2 ??? ?? ??

• ?? ??(write operation)
• ?? ???? ?? ???? ??? ?,
• ??? ??? ??? ???? ??
• ?? ??(read operation)
• ?? ???? ?? ???? ??? ?,
• ??? ??? ??? ?? ??? ????, ???? ???? ? ??? ??
• ??? ??(synchronous bus) ?? ???? ?? ??? ??? ??
  ?? ? ???????? ??
• ???? ??(asynchronous bus) ?? ?? ??, ??? ?? ????
  ?? ??? ?? ?? ? ??????? ??

7
??? ?? ?? (??)

• ???? ?? ??? ?? ???

8
4.3 ?? ??

• ?? ?? (bus contention) ? ?? ??? ???? ??????
  ????? ?? ?? ?? ????? ??? ?? ??? ???? ??? ??
• ?? ?? (bus arbitration) ?? ??? ??? ??? ?? ???
  ?? ?? ???? ??? ? ??? ???? ???? ??? ??? ? ?? ???
  ??
• ?? ??? (bus arbiter) ?? ??? ???? ???? ??
• ?? (starvation) ?? ?? ???? ???? ??? ???? ??? ??

9
?? ???? ????? ?? ???? ??

• ?? ?? ?? (parallel arbitration scheme)
• ?? ???? ?? ?? ?? ??? ? ?? ????? ??
• ? ?? ???? ???? ?? ?? ???? ???, ?? ??? ??
• ?? ?? ??? ? ?? ???? ??? ??? ??
• ?? ?? ?? (serial arbitration scheme)
• ?? ??? ? ?? ???? ?? ? ??? ??
• ? ???? ?? ???? ?? ??? ??
• ???? ??? ????? ????(priority)? ?? ??
• ??? ?? ??(daisy chain scheme)

10
?? ???? ??? ?? ???? ??

• ????? ?? ?? (centralized arbitration scheme)
  ??? ?? ? ?? ?? ???? ??
• ?? ?? ?? (decentralized arbitration scheme) ???
  ?? ?? ?? ?? ???? ??
• ??
• ?? ??? ?? ? ?? ??? ??
• ???? ?? ? ?? ???? ??? ???? ?? ????? ??
• ??
• ??? ??? ???? ???? ??? ??
• ? ???? ??? ?? ???? ??? ??? ? ?? ??

11
??? ?? ?? ?? ??

• ?? ?? ?? (parallel arbitration scheme)
• ????? ?? ???? ?? (centralized fixed priority
  scheme)
• ??? ?? ???? ?? (decentralized fixed priority
  scheme)
• ?? ???? ?? (dynamic priority scheme)
• ?? ?? ?? (serial arbitration scheme)
• ????? ?? ?? ?? (centralized serial arbitration
  scheme)
• ??? ?? ?? ?? (decentralized serial arbitration
  scheme)

12
??? ?? ?? ?? ??

• ?? ?? (polling scheme)
• ???? ?? ??
• ????? ?? ??

13
4.3.1 ?? ?? ??

• (1) ????? ?? ???? ?? ???? ??? ??? ???? ?????
  ??? ??

14
????? ?? ???? ?? (??)

• ??? 1? ?? ???? ?, ??? 3? ?? ??? ??? ??
• ??? 3? ?? ?? ??(BREQ3)? ???,
• ?? ???? ??? 3?? ?? ?? ??(BGNT3)? ???
• ??? 1? ?? ??? ??? ?? ??? ??(BBUSY)? ??????,
• ??? 3? BBUSY ??? ?? ????? ?? ??? ??

15
????? ?? ???? ?? (??)

• ?? ??? ?? ???? ???? ?? ??

16
(2) ??? ?? ???? ??

• ?? ?? ????? ??? ???? ??? ??

17
(3) ?? ???? ??

• ?? ???? (Rotating priority)
• ? ?? ??? ?? ??? ?? ????? ????? ? ??? ???? ??
  ????? ??? ???? ??? ????? ???? ?? ??
• ?? ?? ?? ??? ?? ???? ??? ????? ??? ?? ??? ???
  ???? ??? ????? ???? ?? ??(acceptance-dependent?
  ?? ???? ??)
• ?? ???? (Random priority)
• ?? ???? (Equal priority)
• ???? ?? ?????? ????, ??? ??? ?? ?? FIFO ??
• ?? ?? ?? (Least recently used)

18
Acceptance-dependent? ?? ???? ??
19
4.3.2 ?? ?? ??

• ????? ???? ??
• ???-??(Daisy-chain) ?? BGNT ??? ??? ??? ?????
  ?? ?? ??, ?? ???? ??? ???? ?? ?? ??

20
(2) ??? ?? ?? ??

• ??? ??? ?? ?? ??? ?? ????? ????? ??
• ?? ???? ?? ?? ??? ?? ???? ??? ???
• ?????? ?? ??(single failure)? ?? ???? ??

21
4.3.3 ?? ??

• ?? ???? ? ????? ?? ??? ??? ?? ????? ???? ?? ??
  ??? ??
• (1) ???? ?? ??
• ?? ??? ?? ??? ????? ??? ?? ?? ??? ?? ??? ????
  ????
• ?? ???? ? ?? ??? ?? ?? ??? ?? ?? ?? ??
• 2? ???? ?? ?? ?? ? 2n?? ???? ?? ?????? n?? ??
  ??? ??
• ???? ???? ???? ??? ??? ???? ??

22
???? ?? ??? ???
23
(2) ????? ?? ??

• ??? ???? ?? ??? ??
• ?? ???? ????? ??? ? ?? ????? ?? ? ?? ??
• ??? ???? ??? ?? ??
• ?? ?? ?? ??
• ??? ????, ???(flexibility)? ??
• ?? ???? ?? ???? ??????? ??? ?? ???? ??
• ??? ???? ??? ?? ??? ?? ???? ?? ?? ?? ??? ??
  ???(message-passing system)? ?? ???? ??

24
4.4 ?? ??? ?? ??

• ?? ??? ??(cache consistency)
• ??????????? ?? ???? ?? ?????? ??? ????? ???? ????
  ?? ???? ????? ??? ???? ?? ???? ????? ??? ??
• ??? ???(data inconsistency)? ??
• ?? ??? ???? ??(sharing of writable data)
• ??? ??(I/O activity)
• ???? ??(process migration)

25
?? ???? ??? ?
26
?? ???? ??? ? (??)
27
?? ???? ??? ? (??)
28
I/O ??? ?? ??? ???
29
???? ??? ?? ??? ???

• ???? ??(process migration) ??? ???????????
  ????? ???? ????? ???? ??
• ???? ??? ?? ??? ??? ?
• ???? A? P1? ?? ???? ?? ??? X? ??? ??(P1? ???? ???
  ???? ??? ??)??, ??? ???
• ??, ???? A? ?? ????(P2)? ?? ? P2? X? ???????? ??
  (??? ??? ??)

30
?? ??? ?? ??

• ?? ??? ???? ??
• ?? ??? ??? ???? ?? ??
• ?? ???? ??? ???? ?? ??
• ?? ?? ????? ???? ??
• Write-through ??? ?? ????
• Write-back ??? ?? ????
• ????? ??? ?? ????

31
4.4.1 ?? ??? ???? ??

• ?? ??(shared cache)
• ?? ?????? ??? ??? ????? ?? ??
• ?? ???? ????? ?? ?? ???? ??
• ?????? ?? ?? ???? ?? ?? ?????? ??? ??
• ?? ?? ?? ???? ???
• ??
• ????? ?? ?? ??? ??? ?? ? ?? ??
• ??? ????? ???? ???? ?? ??? ??
• ?? I/O ???? ?? ?? ?? ??
• ? Alliant?? FX ??? 24 ? ?????? ??? ?? ??

32
4.4.2 ?? ??? ??? ???? ?? ??

• ?? ??? ?? ???? ??????? ??
• ???? ??? ???(non-cacheable data)
• lock ??, ???? ?(process queue)? ?? ?? ??? ??
• ????? ?? ???? ????
• ??
• ???? ?????? ???? ??(non-transparent)? ????? ?
  ???? tag? ??? ??, run-time ?? ??? ??? ? ??
  H/W ??
• Non-cacheable data? ?? ??? ??? ?? ???? ?? ??? ???
  ? ?? ??? ??
• ?? I/O ????? ?? ?? ??? ? ?? ??? ??

33
4.4.3 ?? ???? ??? ???? ?? ??

• ????? ???? lock ???? non-cacheable? ??
• ?? ???(cache flush) ??
• ?????? ??? ?? ???? ?????? ???? ?, ?? ???? ?? ??
  ????? ??? ??? ??
• write-back ???? H/W? ??
• ??
• ?? ??? ??? ??
• ???? ??? ??? ? ???? ?? ??? ???? ?? ??
• I/O ??? ?? ?? ?? ??? ??? ?? ??? ?? ????? ??

34
4.4.4 ?? ?? ????? ???? ??

• ??? ??? ??? ??? ?? ?? ??? ?? H/W ??? ???
  ???(snoop controller ?? ???(bus watcher))? ????
  ??
• ?? ????? ?? ?? ?? ????? ???? ??? ????, ? ??? ??
  ??? ?? ??? ??(status)? ???? H/W ??
• ? ?? ???? ?? ???? ???, ??? ?? ??? ?? ?? ? ??? ??
  ????? ?? ???
• Write-through coherence protocol
• Write-back coherence protocol
• (? MESI protocol)

35
?? ?? ????? ??? ???? ??
36
?. Write-through ??? ?? ????

• ????? ??? ???? ??? ?, ??? ??????? ??
• ??? ???? ??
• ?????? ?? ?? ??? ??? ??? ??? ??? ??
• ?? ?????, ? ??? ???(invalidate)???? ????? ????
  ??? ????? ???? ?? ??? ??
• ?? ???? ??
• ??(V Valid) ?? ??? ?? ?????? ??
• ??(I Invalid) ?? ??? ?? ? ?????? ??

37
Write-through ??? ?? ???? (??)
38
Write-through ??? ?? ???? (??)
39
Write-through ??? ?? ???? (??)
40
?. Write-back ??? ??? MESI ????

• ????? ??? ???? ???? ?????? ??? ???? ??? ?? ???
  ????? ??? ??? ???? ?? ??? ? ? ??? ??? ???
  ??? ???? ?? ??? ?? ??? ???? ?? ??
• ??? ??(invalidate signal) ???? ?? ??? ???? ??
  ??
• ??? ???(invalidate cycle) ??? ??? ???? ?? ???

41
Write-back ??? ??? MESI ???? (??)

• MESI ?????? ?? ???? ??
• ??(M Modified) ?? ???? ??(??)? ??
• ??(E Exclusive) ?? ??? ?????, ?????? ??? ???
  ??
• ??(S Shared) ?? ???? ? ? ??? ???? ??? ???? ??
  ??
• ??(I Invalid) ?? ???? ?? ????? ?? ???? ??? ?
  ??

42
MESI ????

• MESI protocol? ?? ???

?? ????? ??? ?? ???? ?? ?? ?????
??? ?? ????
43
(1) ???? ?? ?? ??

• P1? ???????? X? ?? ?? ?? ?? (read miss)
• ? ???????? X? ??? ?, ??? ??(E)? ??

44
(2) ??? ??? ???? ??

• P1? X? ??? ?(X)?? ?? ?? ?? (write hit) ?
  X? ??? ?, ??? ??(M)?? ??

45
(3) ???? ???? ?? 1

• P1? X? ?? ????, P2? X? ?? ?? ? ?? ??(read
  miss) ? ???????? ?? ? P1? ??? ???? ? ?? ???
  ????, X? ??? S? ????, P2? ?? ??? ?? ? P2? X?
  ??? ??(S)? ??

46
(4) ???? ???? ?? II

• ?? ??? ?? ? ?????? X? ?? ???? ?? ????(P3)? X?
  ????, ?? ??? ???? ??? ??? ??(S)? ??.
• (5) ???? ???? ?? III
• (2)? ?? ????, ?? P2? X? ??????, ?? ?? ?? ? ?????
  ?? ??
• P1? ??? ???? ? ??? ?????, ??? ???(X)? P2?
  ??(??? ??(cache-to-cache transfer))??, X?
  ??????? ??.
• ?? ??? ?? ??(S)? ??

47
???? ???? ?? III (??)


48
???? ???? ?? III (??)

• ??? ??? ???? ?? ???? ??
• P1? ??? ???? P2? ?? ??? ?????, P2?? ???(retry)?
  ??? ?,
• P1? X? ?????? ????,
• P2? ??? ????? X? ????.

49
(6) ?? ??? ???? ???? ??

• (3)? ?? ????, P2? X? ??? ??? ???? ??
• P2? ??? ??? ??? ??(invalidate signal)? ??
• X? ?? ???? X? ??? ??(I)? ????, ?? ?? ?? ?
  P2? ??? ??? ??
• P2? X? ??? ?(X)?? ????, ??? ??(M) ?? ??

50
(7) M ??? ???? ?? ???? ??

• (6)? ?? ????, P2? X? ?? X? ????, ??
  ??(write hit) ? ???? ????, ??? ??

51
(8) I ??? ???? ???? ??

• (7)? ?? ????, P1? X? ???? ??? ??? ???, ??
  ??(write miss) ??
• ????? ?? ?? ?? ??? ?? ??(read with intention
  to modify RWITM)
• P2? X? P1?? ????, ???? ??? ??(I)? ??
• P1? X? X? ????, ??? ??(M)?? ??
• ??? ??? ???? ?? ???? ?? retry ??.

52
I ??? ???? ???? ?? (??)
53
(9) ????? ??? ???? ???? ???? ??

• P1? X? ??? ?? ?? ((1)? ??)?? P2? X? ?? ??
  ??
• ?? ??(write miss) ??
• P2? RWITM ??
• P1? X? P2? ????, ??? ??(I)? ??
• P2? X? X? ????, ??? ??(M)?? ??

54
4.4.5 ????-?? ?? ????

• ??? ??? ?????? ???? ??? (??-????) ????? ??? ?? ??
  ????
• ??? ??? ??? ?? ??? ??(broadcasting) ? ?????? ???
  ?? ? ??? ?? ?? ?? ??? ?? ??? ??? ???? ??
• ????(directory) ?? ???? ???(copy)?? ?? ??? ????
  ???(list)
• ? ??? ??? ?? ???(entry) ???? ??(state) ??? ????
  ??(location)? ???? ???(pointer) ??

55
?. ???? ??? ?? ??

• ?? ???? ?? 1976? Tang TAN76? ?? ??
• ?? ??? ??? ?? ??? ??? ?? ????? ?? ? ??? ???, ??
  ??? ???
• ?? ???? ?? Censier and Featier CEN78 ??
• ? ????? ??? ???? ??
• ????? ??? ???? ?? ??? ?? ???? ??
• ??(state) ?? ??? ?? ????, ?? ???? ?? ???? ???

56
?? ????? ?? ??

• ? ??? ?? ??? ?????? ?????(? MIN)? ??? ?? ?? ??
  ???? ???? ??? ?????,- M1? ???? ?? ??? X? ????
  C1? ??? ?? P1? ?? ??????, M1? ???? D1?? X? C1?
  ?????? ??(M) ??? ??? ??.- ?? P2? ??? X? ???
  ? ?? ?? ??,
• ???? ??? ??? M1?? ????
• M1? ???? ???? D1? ????, C1?? ??? X? ??? ????
• C1 ? X? ?????? ????
• M1? ???? X? P2(C2)? ????

57
(No Transcript)
58
?? ????? ?? ?? (??)

• P1? X? ?? ?? ??? ?????,
• C1?? ?? ??(write hit) ?? ? C1? M1?? ??? ???? ??
  
• M1? ???? ????? ????, X? ???? ?? ?? ???? ??? ???
  ??
• ??? ??? ?? C2? X? ??(I)? ????, ??(ACK) ??? ??
• M1? ???? ?? ??? C1?? ????(bypass), C1? X? ???
  ??? ??

59
?? ???? ??? ??

• ?-? ????(full-map directory) ??
• ?? ????(limited directory) ??
• ?? ????(chained directory) ??

60
(1) ?? ???? ??

• ?? ???? ?? ? ??? ?? ???? ???? ? ?? ???
• ? ???? ???? ???? ??? ??(pointer bit ??
  ??(presence bit))?? ?? ??(state bit)? ??
• ??? ?? ? ???? ? ? ??? ?? -- ?? ????? ??? ? ????
  ???? ???? ????? ??

61
?? ???? ??? ?
62
?? ???? ??? ???

• ?? ?? ??
• ?? ??? ???? ???? ?? ?? ? ???? ?? ?? ?? ????
  ???? O(N2)

63
?? ???? ??

• ???? ?? ??? ??? ?? ??
• ??? ??? ??? ??? ? ?? ?? ?? ???, ????? ??? ? lt ??
  ???? ?(N)
• ? ???? ?? ? log2N ?
• ??? ? ???? ?? p ?? ??, ??? ?? ? p x log2N ?
• ??(eviction) ??? ?? ??? ??, ??? ?? ?? ? ?? ????
  ???? ??
• ??? ?? ???? ?? (??-?? ??? ??)

64
?? ???? ??? ? (2-??? ????)
65
?? ???? ??? ???

• ??
• ???? ?? ??? ?? ???? ???? O(Nlog2N)
• ? p 64 ?? ??, ??? ?? ? 64
  (full-map), 24 (limited)
• ??
• ??? ??? ??? ?? ?? ???, ?? ???? ??? ?? ???? ?? ??
  ???? ?? ??? ??
• ?? ??? ?? ????

66
?? ???? ??

• ?? ???? ??? ??? ???? ?????, ?? ????? ??? ?? ? ??
  ??
• ?? ???(linked list)? ????, ?? ???? ???? ???? ??
  ???? ?? ??(chain)? ??

67
?? ???? ??? ?
68
?? ???? ??? ???

• ??
• ???? ?? ??? ??? ??
• ??? log2N? ??
• ??? ?????? ?? ? ? ??? ???? ??
• ???? ??? ??? ?? ??? ??
• ??
• ?? ??? ??? ? ??? ???? ??
• ? ?? ?? ?? ?? 4-27(b)? ???? P2? ??? X?
  ?? ??? ???? Y? ???? - C2? C1? ?? ???
  ?? C3? ??? ? ???? ??, ?? - C0, C1, C2? ?? X?
  ??? (?? ??? ??)

69
?. ???? ????? ??

• ??-???????? ?? ??? ??? ??? ?????????? ?? ???? ??,
  ??? ????? ?? ??? ???? ???? ?? ??
• ??? ?? ??-???? ?????????(distributed
  shared-memory multiprocessor system)?? ?? ??

70
?? ??-???????? ?? ??

• ???-??? ?? ??? ???(snooping adapter)? ?? ??
  ???? ?? ?????? ???? ???? ?? ??
• ?? ?? 4-28(a)
• ?? ??? ????? ??, ??? ???? ??

71
?? ??-???????? ?? ?? (??)

• ???-???? ?? ? ???? ??? ?? ??? ??, ?? ???????
  ???? ????? ?? ??? ??
• ???? ???(network adapter NA) ???? ????? ? ????
  ???(directory controller)?? ??
• ?? ?? 4-28(b)
• ?? DASH ?????????(???? ???? ??? ?? ??)?? ??

72
?? ??-???????? ?? ?? (??)
73
???-???? ??? ?

• ?? ??(read miss) ???? ??? ??
• ? ???? 1? ???? 2(? ????)? ??? ???? ?? ??

74
???-???? ??? ? (??)

• ? ???? 1? ???? ?? ??, ???? 3(??? ????)? ? ????
  ???? ??? ??? ??? ??

75

• ???? ?? ???? ?? ????? ???? ??
• ? ? ????? ???? 2? ???? ???? 3? 4? ???? ?? ????,
  ???? 1? ? ???? ??? ????? ??