Теоретические сведения

Для повышения эффективности работы с ОП используют кэш память.

Кэш можно сделать общим для всех процессоров, но это невыгодно по несколь­ким причинам.

Во-первых, кэш должен быть очень большим по объёму, а такой кэш очень дорог или вообще не выпускается промышленностью, поэтому обычно применяют кэш-память малую по объёму. Следовательно, выгодно применять разделённый кэш.

Одновременный доступ нескольких процессоров к одной ОП в ВС с разделённым кэшем можно организовать с помощью коммутационных сетей. Но тогда при модифика­ции данных в локальном кэш процессора, нужно тут же записывать эти данные в ОП для того, чтобы другие процессоры могли иметь доступ к изменённым данным. Это резко снижает эффективность работы КП.

При использовании MESI протоколов модифицированные данные не записывают­ся из локального кэша в оперативную память до того момента пока строка кэш с этими данными не будет удалена из КП, либо пока другой процессор не произведет чтение или модификацию этих данных. Из-за этого значительно меньше приходится записывать данные из локального кэш в ОП чем для первого метода, следовательно повышается эф­фективность работы КП.

Рис.1 Структурная схема процессора «Pentium».

Выбор обобщённой структурной схемы и обзор метода моделирования

Мультипроцессорную систему моделируемую в данной лабораторной работе можно представить в виде следующей структурной схемы:

Рис.2 Мультипроцессорная система.

Метод моделирования - имитационный, т.е. показывается не сама работа реальных MESI протоколов, а показывается только принцип их действия. Иначе говоря, данная программа рассчитана на человека (чтобы наглядно показать ему прин­цип действия MESI протоколов).

Описание алгоритма моделирования.

Если блок ОП, над которым процессор должен произвести действие не записан в кэш этого процессора, то признак равен нулю; иначе признак имеет одно из 4-х значе­ний: М, Е, S, I - т.е. возвращается признак строки, в которой хранится соответствующий блок ОП.

Если блок ОП, над которым процессор должен произвести дейст-вие не записан ни в один из кэш мультипроцессорной системы, то приз-нак равен нулю; иначе признак име­ет одно из 4-х значений: М, Е, S, I - т.е. возвращается признак строки, в которой хранит­ся соответствующий блок ОП.

Объекты и средства исследования

В данной лабораторной работе моделируется 4-х процессорная система и исследуется принцип действия MESI-протоколов.

Подготовка к работе Массивы Nblok, KaskRd, KashWr.

В них заносятся сообщения, которые должны выдаваться на экран пользователю. В KashRd хранится номер кэш, в который надо записать блок, в KashWr - номер кэш, из которого надо записать блок в ОП, Nblok. хранит номер блока, с которым производятся действия. Так, если сначала нужно записать блок 1 из кэш1 в ОП, а затем записать блок 3 в кэш4, то нужно выполнить следующий фрагмент программы:

KashWr[l]:=l; // запись производит кэш1

// KashRd[l]=0, т. к массивы KashRd, KashWr, Nblok инициализированны в 0

Nblok[l]:=l //действие производится над 1-м блоком

KashRd[2]:=3 //чтение производит 3-й кэш

Nblok[2]:=3 // действие производится над 3-м блоком