Mi az a memóriakorlát?

Történelmileg a CPU-k tökéletesen szekvenciális gépek voltak. Ez nagyon logikus és könnyen érthető, de teljesítményprobléma lehet. Az évek során számos zseniális kiigazítást végeztek a CPU-terveken, hogy a lehető legnagyobb teljesítményt vonják ki a szilícium lapkákból. Az egyik érdekesebb azonban a nem megfelelő végrehajtás. A renden kívüli végrehajtású CPU-kban az utasításokat nem feltétlenül a kiadásuk sorrendjében kell végrehajtani.

Elakad a rendben

A fő teljesítményproblémát, amellyel a rendelésen belüli CPU fut, a folyamat leállásának nevezik. Ez akkor fordul elő, ha egy utasítás bizonyos memóriától függ, de ez a memória közvetlenül nem érhető el egy regiszterben. Ebben az esetben a CPU-nak meg kell találnia ezt az értéket a memóriában. Először a CPU gyorsítótárát ellenőrzik, mivel ez a leggyorsabb memóriaszint. Ha az érték nincs ott, a rendszer ellenőrzi a rendszer RAM-át. Ez idő alatt a CPU-nak tétlenül kell ülnie, mivel a memóriafüggő utasítást sorrendben kell végrehajtani a következő utasítások előtt.

Lehet, hogy a csővezeték-elakadások teljesítményre gyakorolt ​​hatása nem olyan rossz, de viszonylag súlyos is lehet. Például az L1 gyorsítótár jellemzően 5 CPU-ciklus nagyságrendjébe eső eredményt adhat vissza. Az L2 gyorsítótár 20, az L3 körülbelül 200, a rendszer RAM pedig körülbelül 400 ciklust vehet igénybe. Tekintettel arra, hogy egy CPU körülbelül 5 GHz-en, azaz 5 milliárd órajel másodpercenként működhet, még a 400 ciklus sem olyan rossz (0,000008%). De ha sok utasítással kell hivatkozni a gyorsítótár-szinteken lejjebb lévő adatokra, a kumulatív hatás észrevehető lassulást okozhat.

Renden kívüli végrehajtás és nyilvántartás átnevezése

A soron kívüli végrehajtás olyan technika, amely lehetővé teszi az ütemező számára, hogy átrendezze az utasításokat a sorban. Ezzel az átrendezéssel dönthet úgy, hogy bizonyos szálakat előnyben részesít másokkal szemben. Az utasításokat is visszatolhatja a sorba, ha olyan adatfüggőséggel rendelkeznek, amely még nem teljesült. Ez a lehető legnagyobb mértékben megakadályozza a csővezeték elakadását, minimalizálva az üresjárati ciklusokat.

A soron kívüli végrehajtáshoz egy regiszter átnevezésnek nevezett szolgáltatásra van szükség. A CPU egyetlen cikluson belül hozzáférhet a regiszterekben tárolt adatokhoz. A regiszterek az olvasott és írt adatok tárolására szolgálnak. Alapvető fontosságú azonban annak biztosítása, hogy a számítógép általában a logikai sorrendben lássa a történéseket, ne a rendellenes, CPU-ciklusra optimalizált sorrendben. Ennek lehetővé tételéhez a CPU-k sokkal több logikai regiszterrel rendelkeznek, mint amennyit a CPU architektúrája megkövetel.

A kiírandó, de még nem teljesített „korábbi” utasítással rendelkező adatok birtoknyilvántartásba kerülnek. Ezek az adatok nem kerülnek át más nyilvántartásba, ha a megrendelés rendeződött. Ehelyett a birtokregiszter neve megváltozik a regiszter nevére, amelyben szerepelnie kell. Ez némileg hasonlít ahhoz, mintha egy desszertet a főétel előtt készítenénk el, de a tálalásig a hűtőben tartjuk.

Ezek a logikai regiszterek teljesen címezetlenek. A CPU csak azokat a logikai regisztereket tudja igazán megszólítani, amelyek jelenleg az architekturális regiszterek nevét viselik. Ezzel együtt a CPU is eléggé tisztában van velük, hogy ha más átsorolt ​​utasítások a logikai birtoknyilvántartásban szereplő adatokra támaszkodnak, akkor az adott empirikus időpontban az építészeti regiszter „elavult” adatai helyett azt használhatják.

Memóriakorlátok

A memóriakorlát – más néven membar, memóriakerítés vagy kerítésutasítás – a számítógépes kódban található utasítás. Lehetővé teszi a programozó számára, hogy a memóriakorlát előtt és után kiadott memóriaműveletekre rendelési korlátozást kényszerítsen ki. A memóriakorlát arra utasítja a CPU ütemezőt, hogy gondoskodjon arról, hogy minden utasítás feldolgozásra kerüljön a sorompó utáni utasítások előtt. Ez azért történik, hogy a fontos műveletek a megfelelő sorrendben történjenek.

Általában a modern számítógépeken erre nincs szükség. A soron kívüli végrehajtás és a rendszerleíró adatbázis átnevezése jól bevált és kiforrott terület. Mindazonáltal a memóriakorlát hasznos lehet a régebbi, kevésbé kifinomult, nem rendes processzorok számára, vagy a kritikus memóriaműveletekhez használható.

A memória akadályai bizonyos teljesítménycsökkenéssel járhatnak. Ennek az az oka, hogy aktívan megakadályozzák, hogy a CPU ütemező optimalizálja az utasításfolyam bizonyos részeit. Ez növeli a csővezeték elakadásának esélyét.

Következtetés

A memóriakorlát egy olyan utasítás, amely a memóriaműveletek rendezési megszorítását biztosítja. Ez azért fontos, mert a soron kívüli végrehajtási processzorok átrendezhetik az egyes utasításokat. Bár a rendszerleíró adatbázis átnevezése jól bevált módszer a memória integritásának biztosítására ebben a környezetben, hasznos lehet a manuális biztosítása.

A memóriakorlát arra kényszeríti a CPU ütemezőt, hogy gondoskodjon arról, hogy az utasítások a sorompó utáni utasítások előtt elkészüljenek. Ez megakadályozza a memóriaműveletek átrendezését. Ezenkívül megakadályozza, hogy a CPU optimalizálja az utasításfolyamot, ami befolyásolhatja a teljesítményt.