Kas ir L0 kešatmiņa?

CPU ir neticami sarežģīti zvēri. Ir daudz savstarpēji savienotu detaļu, kurām visām ir jāstrādā ideālā saskaņotībā, lai sasniegtu redzamo veiktspējas līmeni. Viena no galvenajām CPU funkcijām ir kešatmiņa. Tā nav spilgta funkcija. Tas nereklamē tikpat labi kā kodolu skaits vai maksimālais pastiprināšanas biežums. Tomēr tas ir ļoti svarīgi veiktspējai.

Kāpēc kešatmiņa?

Mūsdienu CPU ir neticami ātri. Katru sekundi viņi veic vair��k nekā piecus miljardus operāciju. Ir grūti nodrošināt, lai centrālais procesors tiktu apgādāts ar datiem, kad tas darbojas tik ātri. RAM ir pietiekami daudz jaudas, lai nodrošinātu CPU ar datiem. Tas pat var pārsūtīt datus katru sekundi, pateicoties ļoti lielajam joslas platumam. Tomēr tā nav problēma. Problēma ir latentums.

RAM var reaģēt ļoti ātri. Problēma ir tā, ka “ļoti ātri” ir ilgs laiks, kad katru sekundi darāt piecus miljardus lietu. Pat ātrākajai RAM latentums pārsniedz 60 nanosekundes. Atkal, 60 nanosekundes izklausās kā bez laika. Problēma ir tāda, ka, ja centrālais procesors darbotos ar 1 GHz frekvenci, cikla pabeigšanai būtu nepieciešams 1 ns. Augstākās klases centrālajiem procesoriem sasniedzot 5,7 GHz frekvenci, tas ir viens cikls ik pēc 175 pikosekundēm. Kā tagad izskatās šīs 60 nanosekundes latentuma? Tas ir 342 latentuma cikli.

Šāda veida latentums būtu slepkava jebkurai CPU veiktspējai. Lai to apietu, tiek izmantota kešatmiņa. Kešatmiņa tiek novietota uz paša CPU. Tas ir arī daudz mazāks nekā RAM un izmanto citu struktūru, SRAM, nevis DRAM. Tas ļauj reaģēt daudz ātrāk nekā galvenā sistēmas RAM. Kešatmiņa parasti ir daudzpakāpju, un L1, L2 un L3 izmanto, lai apzīmētu līmeņus, kas atrodas arvien tālāk no CPU kodoliem. Zemākie līmeņi ir ātrāki, bet mazāki. L1 latentums var būt četri vai pieci pulksteņa cikli, daudz labāk nekā 342.

Bet daži CPU min L0?

L1, L2 un L3 terminoloģija ir diezgan standarta. Neskaidra izpratne par to, ko viņi domā un dara, ir samērā izplatīta pat starp CPU pārdevējiem. Tas ir tāpēc, ka tos regulē materiālu un elektriskā fizika; neko daudz nevar mainīt. Jums var būt ātra kešatmiņa vai liela kešatmiņa, nevis abas. Tam ir jābūt lielākam, ja koplietojat kešatmiņu starp vairākiem kodoliem. Šajā nolūkā L1 un L2 parasti ir specifiski kodolam. Lielāka L3 kešatmiņa parasti tiek koplietota starp dažiem vai visiem CPU vai mikroshēmas kodoliem.

Kā jūs droši vien varat uzminēt, L0 ir saistīts ar kešatmiņu, bet pēc fakta ir ievietots nosaukumu shēmā. Tomēr tas nepalīdz saprast, ko tas nozīmē. Tomēr jūs droši vien varat uzminēt dažas lietas. Tas būs ierobežots ar vienu kodolu, tas būs niecīgs un tas būs ātrs. Cits nosaukums, ko tas iet, var mazliet palīdzēt; tā ir mikrooperācijas kešatmiņa.

Tā vietā, lai saglabātu datus kešatmiņā no atmiņas vai pilnām instrukcijām, L0 kešatmiņā saglabā mikrooperācijas. Kā mēs nesen aprakstījām , mikrooperācija ir mūsdienu centrālo procesoru iezīme. Instrukcijas x86 un citos ISA ir lielas, sarežģītas un izaicinošas, lai tās efektīvi ietilptu konveijerā. Varat tos sadalīt daudz efektīvāk, ja tos sadalāt mikrooperācijās. Dažos gadījumos jūs pat varat grupēt vairākas mikrooperācijas, pat no dažādām instrukcijām, vienā mikrooperācijā, panākot gan veiktspējas uzlabošanos, gan jaudas samazināšanu.

CPU arhitektūra ft Micro-Op kešatmiņa

Lai izpildītu instrukciju, moderns CPU to atkodē. Tas ietver instrukcijas sadalīšanu mikrooperācijās un to atmiņas vietu noteikšanu, uz kurām būtu jāatsaucas. Daudzas programmatūras regulāri izmanto līdzīgu funkcionalitāti un bieži vien var atkārtoti izmantot to pašu kodu ciklā vai no izsauktās funkcijas. Tas nozīmē, ka precīzus norādījumus var izsaukt atkal un atkal. Tas nozīmē, ka tās pašas mikrooperācijas tiek izsauktas atkal un atkal. Un, ja tās pašas mikrooperācijas ir vajadzīgas atkārtoti, tās var saglabāt kešatmiņā. Mikrooperāciju saglabāšana kešatmiņā var samazināt instrukciju dekodētāju slodzi, samazinot enerģijas patēriņu vai palīdzot ātrāk aizpildīt konveijeru.

Kešatmiņai ir jābūt mazai, taču, rūpīgi pārvaldot, tai var piekļūt ar vienu cikla latentumu vai pat bez tā. Ar to var pietikt, lai novērstu vajadzību uzņemties 4 ciklu latentumu L1 kešatmiņai, un tam netiek piemērots sods par kešatmiņas izlaišanu.

Secinājums

L0 kešatmiņa ir vēl viens mikrooperācijas kešatmiņas nosaukums. Tā var būt daļa no mūsdienu CPU, kas izmanto mikrooperācijas. Parasti tajā ir daži tūkstoši ierakstu, un tā jauda ir norādīta ierakstu skaitā, nevis baitos. L0 var piekļūt ātrāk nekā L1, parasti ar 1 vai 0 cikla latentumu. Mikrooperāciju saglabāšana kešatmiņā samazina instrukciju dekoderu slodzi, īpaši kodā, kas labi izmanto cilpas vai funkcijas.