W8D2 & W12D2 csy

W3D1.md

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+# W3D1
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+流水线在处理的过程中会有结构的、数据的、控制的 hazards
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+## 结构 Hazard
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+一个时刻，有两条或两条以上的指令使用了同一个部件
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+## 数据 Hazard
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+主要有写后读（RAW）、读后写（WAR）、写后写（WAW）三种常见情况
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+最简单的解决方法是加 bubbles ，牺牲性能
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+从硬件上，可以加入前向 forward，提前传递信号
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+从软件上，由编译器安排代码顺序减少数据依赖
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+## 控制 Hazard
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+分支跳转指令的条件不确定，程序需要等待直到确定下一条指令
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+用流水线或使用 nop 指令处理跳转
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+可以采用分支预测的方法，如二位饱和预测器。但是预测失败会浪费周期
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+还可以采用填充的方法，即寻找一些无论是否跳转都会执行的指令，最大限度减少周期的浪费。但是效率的提升有限
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arch-notes.md

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+## W8D2
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+### PMS (Prime Mem System)
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+PMS 的基本原理是：
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+- 每个内存模块有相同的容量 m，其中 m 是一个 2 的幂。
+- 内存模块的数量 p 是一个素数，且大于 2。为了方便实现，通常选择 p 是 2 的幂加 1 或减 1 的形式，如 3，5，7，17，31，127 等。
+- 每个内存单元的物理地址由两个整数 (u,v) 表示，其中 u 是内存模块中的偏移量，v 是内存模块的编号。0 <= u < m，0 <= v < p。
+- 每个内存单元的逻辑地址是一个整数 d，其中 0 <= d < pm。物理地址和逻辑地址之间的关系是：v = d Mod p，即内存模块的编号等于逻辑地址对素数 p 取模的结果。
+- 由于 p 是素数，任何一个长度为 n 的线性数组，只要 n 和 p 互质，就可以在 p 个内存模块中平均分布，实现无冲突的并行访问。例如，如果 p = 7，n = 10，那么数组的前 7 个元素分别存储在编号为 0，1，2，3，4，5，6 的内存模块中，后 3 个元素分别存储在编号为 3，4，5 的内存模块中。
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+PMS 的优点是：
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+- 它可以有效地利用内存空间，不需要浪费任何内存模块或填充空洞。
+- 它可以提高内存性能，因为它可以避免内存访问的冲突，实现高速的并行访问。
+- 它可以简化内存地址的计算，因为它只需要找到 d Mod p，而不需要计算商或余数。
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+PMS 的缺点是：
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+- 它需要选择合适的素数 p，以适应不同的数组大小和维度。如果 p 太小，可能无法容纳大型的数组；如果 p 太大，可能造成内存模块的浪费或不平衡。
+- 它需要保证数组的大小和维度与素数 p 互质，否则无法实现无冲突的并行访问。如果数组的大小或维度是素数 p 的倍数，那么所有的数组元素都会被映射到同一个内存模块中，导致严重的性能下降。
+- 它需要实现高效的模运算，以快速地计算出内存模块的编号。如果素数 p 很大，那么模运算可能会消耗较多的时间和资源。
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+### MEMS-based Storage
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+MEMS-based Storage 的主要特点有：
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+- 它使用了数千个记录头，可以同时激活，实现并行的数据读写。
+- 它的存储介质是一个正方形的结构，不同于传统的圆形的磁盘，可以提高存储空间的利用率。
+- 它的存储容量可以达到 1-10 GB，而存储面积只有 1 平方厘米以下，存取时间可以低于 1 毫秒，传输带宽可以超过 50 MB/s。
+- 它的制造过程与标准的 CMOS 工艺类似，可以降低成本，提高可靠性。
+- 它可以将存储和处理集成在同一片芯片上，利用内置的微处理器或定制的计算引擎来执行一些特定的任务，如视频编解码、加密解密等。
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+### Main Memory
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+- Wider Memory
+- Interleaved Memory: for sequential or independent accesses
+- Avoiding bank conflicts: SW & HW
+- DRAM specific optimizations: page mode & Specialty DRAM
+- Need Error correction
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+## W12D2
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+### Snoopy Cache
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+Snoopy Cache 是一种缓存一致性协议，它用于多处理器系统中，通过总线监听或监视其他处理器的内存访问请求，来保持缓存中的数据与主存中的数据一致。
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+- 写失效：当一个处理器要写入一个共享的缓存块时，它会通过总线广播一个写失效命令，使得其他缓存中的该缓存块失效，从而保证只有一个处理器拥有该缓存块的最新副本。这种策略可以减少总线的流量，但是会增加缓存未命中的次数。
+- 写更新：当一个处理器要写入一个共享的缓存块时，它会通过总线广播一个写更新命令，包含写入的地址和值，使得其他缓存中的该缓存块也被更新，从而保证所有缓存中的该缓存块都是一致的。这种策略可以减少缓存未命中的次数，但是会增加总线的流量。
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+Snoopy Cache 的优点是：
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+- 它相对简单，不需要额外的硬件或软件支持，只需要在每个缓存中增加一个监听器和一些状态位。
+- 它适用于共享总线的多处理器系统，可以有效地维护缓存一致性。
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+Snoopy Cache 的缺点是：
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+- 它受限于总线的带宽和延迟，当处理器的数量增加时，总线的竞争和冲突也会增加，影响缓存一致性的效率。
+- 它需要所有的缓存都能监听到总线上的所有请求，这限制了系统的扩展性和灵活性。
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+### MESI
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+MESI (Modified, Exclusive, Shared, Invalid) 是一种缓存一致性协议。MESI 协议是处理多处理器系统中缓存一致性的一种方法。下面是 MESI 协议中各状态的简要说明：
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+- Modified (M)：表示缓存行中的数据已被修改，并且该缓存是唯一持有该数据的缓存。其他处理器的缓存中可能存在过时的数据。
+- Exclusive (E)：表示缓存行中的数据与主存中的数据一致，且该缓存是唯一持有该数据的缓存。没有其他缓存拥有相同的数据。
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+- Shared (S)：表示缓存行中的数据与主存中的数据一致，并且可能被其他缓存共享。其他缓存也可以具有相同的数据。
+- Invalid (I)：表示缓存行中的数据无效或者过时，需要从主存中重新加载。其他缓存可能拥有更新的数据。
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+MESI 协议的工作原理是根据读写操作来更新缓存的状态。当一个处理器执行写操作时，它会将缓存行标记为 Modified，表示它独占这个数据，并且需要将任何其他缓存中相同数据的副本标记为 Invalid。当一个处理器执行读操作时，它可以将缓存行标记为 Exclusive 或 Shared，具体取决于其他缓存是否也有相同的数据。
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+这种协议有助于确保多处理器系统中的缓存一致性，以防止不同处理器之间出现对同一数据的不一致操作。