Vitajte na [www.pocitac.win] Pripojiť k domovskej stránke Obľúbené stránky
Trest Miss v pamäťovom systéme vyrovnávacej pamäte je čas potrebný na získanie údajov požadovaných po vynechaní vyrovnávacej pamäte. Je to rozhodujúci faktor ovplyvňujúci výkon systému, pretože zavádza značné oneskorenia, najmä v moderných procesoroch, kde sú rýchlosti vykonávania mimoriadne rýchle.
Negatívne vplyvy s vysokou slečnou:
1. zastavovanie procesora: Keď dôjde k vynechaniu vyrovnávacej pamäte, CPU zvyčajne zastaví jeho vykonávací plynovod a čaká na získanie údajov z pomalšej úrovne pamäte (napr. Hlavná pamäť, disk). Toto zastavenie sa priamo prekladá na zníženú priepustnosť inštrukcií a pomalšie vykonávanie programu.
2. Znížený celkový výkon: Vysoký trest zmeškania zväčšuje vplyv dokonca miernej miery. Nízka miera chýb s vysokým trestom z Miss môže stále viesť k značnému zhoršeniu výkonu.
3. Zvýšená latencia: Celková latencia pre prístup k údajom sa počas vynechanej vyrovnávacej pamäte dramaticky zvyšuje. To ovplyvňuje citlivosť aplikácií a rýchlosť rôznych systémových operácií.
4. Zvýšená spotreba energie: Čakanie na údaje môže viesť k voľnobežným procesorovým cyklom, ale aj potenciál pre ďalšiu spotrebu energie z radičov pamäte a prepojenia v dôsledku prebiehajúceho prenosu údajov z pomalšej pamäte do vyrovnávacej pamäte.
Stručne povedané, s vysokým pokusom znamená, že systém trávi značné množstvo času čakaním na údaje a bráni jeho schopnosti vykonávať užitočné výpočty.
Tu sú rôzne techniky na minimalizáciu a optimalizáciu pokuty Miss pre lepší výkon systému:
1. Viacúrovňové vyrovnávacie pamäte:
* koncept: Využívanie viacerých úrovní vyrovnávacej pamäte (L1, L2, L3 atď.) S rastúcou veľkosťou a latenciou. L1 je najrýchlejší a najmenší, zatiaľ čo hlbšie úrovne sú väčšie a pomalšie.
* dopad: Miss in L1 by mohol byť hitom v L2 alebo L3, čím sa zníži potreba ísť do hlavnej pamäte (ktorá má najvyššiu trest). To výrazne znižuje priemernú pokutu.
2. Prečítajte si prioritu pred písaním:
* koncept: Keď dôjde k zmeškaniu čítania, uprednostňuje sa načítanie údajov pred dokončením akýchkoľvek čakajúcich operácií zápisu do vyrovnávacej pamäte.
* dopad: Znižuje oneskorenie CPU na získanie požadovaných údajov, pretože systém nemusí čakať na dokončenie zápisu pred spustením čítania. Operácie zápisu môžu byť vyrovnávané a vykonané neskôr.
3. Skorý reštart a kritické slovo najskôr:
* koncept (skorý reštart): Hneď ako požadované slovo príde z pamäte, pošlite ho do CPU bez toho, aby ste čakali na načítanie celého bloku do vyrovnávacej pamäte.
* koncept (najskôr kritické slovo): Najskôr načítajte požadované slovo a potom zvyšok bloku.
* dopad: Umožňuje CPU obnoviť vykonávanie skôr, ešte predtým, ako je k dispozícii celý blok vyrovnávacej pamäte.
4. Nefamujúce vyrovnávacie pamäte (vyrovnávacie pamäte bez uzamknutia):
* koncept: Nechajte CPU pokračovať v spracovaní iných pokynov, zatiaľ čo sa obsluhuje slečna vyrovnávacej pamäte.
* dopad: Zabraňuje úplnému zastaveniu procesora. Cache dokáže zvládnuť viac vynikajúcich chýb, zlepšuje výkon, najmä pri vykonávaní mimo objednávky.
5. Pipelined Cache Access:
* koncept: Prekryte fázy prístupu do vyrovnávacej pamäte (dekódovanie adresy, porovnanie značiek, získavanie údajov).
* dopad: Zvyšuje priepustnosť vyrovnávacej pamäte tým, že umožní spracovanie viacerých požiadaviek súbežne, aj keď každá žiadosť trvá určitý čas.
6. Písať vyrovnávacie pamäte:
* koncept: Namiesto toho, aby ste okamžite zapisovali hlavnú pamäť na miss, uložte údaje do vyrovnávacej pamäte zápisu.
* dopad: Umožňuje CPU pokračovať v spracovaní bez toho, aby čakala na dokončenie operácie zápisu. Buffer zápisu nakoniec preplachuje údaje do pamäte. Je dôležité zabezpečiť súdržnosť.
7. Predbežné načítanie údajov:
* koncept: Predpovedá budúce potreby údajov a načítava údaje do vyrovnávacej pamäte skôr, ako sa skutočne požadujú. To sa dá dosiahnuť prostredníctvom predbežného načítania hardvéru alebo softvéru.
* dopad: Znižuje počet vynechaných vyrovnávacej pamäte tým, že sa údaje do vyrovnávacej pamäte proaktívne dostanú do vyrovnávacej pamäte.
* typy:
* Hardvérové predbežné načítanie: Vyhradený hardvér monitoruje vzory prístupu k pamäti a iniciuje predpätia na základe zistených vzorov.
* Predbežné načítanie softvéru: Pokyny sa pridávajú do kódu na výslovné predbežné načítanie údajov do vyrovnávacej pamäte.
8. Veľkosť a pridruženie vyrovnávacej pamäte:
* koncept: Zvýšenie veľkosti vyrovnávacej pamäte znižuje mieru chýb. Zvyšujúca sa asociativita znižuje konflikty.
* dopad: Tieto opatrenia zlepšujú celkovú mieru zásahu a znížime chýbanie. Väčšie vyrovnávacie pamäte a vyššia asociativita však zvyšujú náklady a zložitosť vyrovnávacej pamäte.
9. Optimalizácia kompilátora (Transformácie rozloženia údajov a slučky):
* koncept:
* Optimalizácia rozloženia údajov: Usporiadajte údaje do pamäte, aby ste zlepšili priestorovú lokalitu (napr. Štruktúry políc vs. polia po štruktúrach).
* Loop transformácie: Reštrukturalizácia slučiek (napr. Obkladanie slučky, rozrušenie slučky) na zlepšenie časovej a priestorovej lokality.
* dopad: Znižuje počet chýb vyrovnávacej pamäte zlepšením spôsobu prístupu a opakovaného použitia údajov v programe.
10. Caches obete:
* koncept: Malá, plne asociatívna vyrovnávacia pamäť, ktorá ukladá nedávno vysťahované riadky vyrovnávacej pamäte.
* dopad: Znižuje konflikty, ktoré zmeškajú tým, že poskytne „druhú šancu“ pre nedávno vysťahované údaje.
11. TLB Optimalizácie:
* koncept: Optimalizujte prekladací pufra LookaSide (TLB), ktorý vyrovnáva preklady virtuálnych a fyzických adries. TLB Misses môže tiež viesť k významným pokutám.
* dopad: Rýchlejší preklad adries znižuje režijné náklady spojené s prístupom k údajom v pamäti.
Úvahy:
* Najlepšie optimalizačné techniky závisia od konkrétnej aplikácie, hardvérovej architektúry a pracovného zaťaženia.
* Často ide o vyrovnávací akt medzi znížením miery misy a pokutom z slečny, pretože niektoré techniky, ktoré znižujú mieru chýb, môžu zvýšiť zložitosť a latenciu prístupu do vyrovnávacej pamäte.
* Nástroje profilovania a analýzy výkonnosti sú nevyhnutné na identifikáciu problémov súvisiacich s vyrovnávacou pamäťou a na určenie najúčinnejších stratégií optimalizácie.
Stručne povedané, minimalizácia pokuty slečny vyžaduje kombináciu hardvérových a softvérových techník, ktoré sú starostlivo prispôsobené konkrétnemu systému a aplikácii. Znížením času stráveného čakaním na údaje môžeme výrazne zlepšiť celkový výkon systému.