Шта је Л0 кеш меморија?

ЦПУ су невероватно сложене звери. Постоји много међусобно повезаних делова који сви морају да раде савршено унисоно да би постигли нивое перформанси које видимо. Једна од кључних карактеристика ЦПУ-а је кеш меморија. То није блистава карактеристика. Не оглашава се тако добро као број језгара или вршна фреквенција појачања. Међутим, то је кључно за перформансе.

Зашто Цацхе?

Модерни процесори су невероватно брзи. Сваке секунде обављају више од пет милијарди операција. Тешко је одржавати ЦПУ храњеним подацима када ради тако брзо. РАМ има довољно капацитета да снабде ЦПУ подацима. Може чак и да преноси податке сваке секунде, захваљујући веома великом пропусном опсегу. Али то није проблем. Проблем је кашњење.

РАМ може да реагује веома брзо. Проблем је у томе што је „веома брзо“ дуго време када радите пет милијарди ствари сваке секунде. Чак и најбржа РАМ меморија има кашњење изнад 60 наносекунди. Опет, 60 наносекунди звучи као да уопште нема времена. Проблем је у томе што ако је ЦПУ радио на 1 ГХз, било би потребно 1 нс да се заврши циклус. Са врхунским процесорима који достижу 5,7 ГХз, то је један циклус на сваких 175 пикосекунди. Како сада изгледа тих 60 наносекунди латенције? То је 342 циклуса кашњења.

Таква врста кашњења би била убиствена за све перформансе ЦПУ-а. Да би се то заобишло, користи се кеш меморија. Кеш меморија се поставља на саму ЦПУ матрицу. Такође је много мањи од РАМ-а и користи другачију структуру, СРАМ уместо ДРАМ-а. Ово чини одговор много бржим од главне системске РАМ меморије. Кеш меморија је типично вишеслојна, при чему се Л1, Л2 и Л3 користе за означавање нивоа који су све даље и даље од ЦПУ језгара. Нижи нивои су бржи, али мањи. Л1 може имати кашњење од четири или пет циклуса такта, много боље од 342.

Али неки процесори помињу Л0?

Терминологија за Л1, Л2 и Л3 је прилично стандардна. Нејасно разумевање онога што они значе и раде је релативно уобичајено, чак и међу произвођачима процесора. То је зато што њима управљају материјална и електрична физика; не може се много променити. Можете имати брзу или велику кеш меморију, а не обоје. Мора да буде већи ако делите кеш меморију између више језгара. У том циљу, Л1 и Л2 имају тенденцију да буду специфични за језгро. Већи Л3 кеш обично се дели између неких или свих језгара на ЦПУ-у или чиплету.

Као што вероватно можете претпоставити, Л0 је повезан са кеширањем, али је накнадно убачен у шему именовања. Међутим, не помаже разумети шта то значи. Ипак, вероватно можете погодити неке ствари. Биће ограничен на једно језгро, биће мали, и биће брз. Друго име које носи може мало помоћи; то је микро-оп кеш.

Уместо да кешује податке из меморије или пуне инструкције, Л0 кешира микро-операције. Као што смо недавно описали , микро-оп је карактеристика модерних ЦПУ-а. Инструкције у к86 и другим ИСА су велике, сложене и изазовне да се ефикасно уклапају у цевовод. Можете их много ефикасније усмјерити ако их разбијете на саставне микро-операције. У неким случајевима можете чак груписати више микро-операција, чак и из различитих упутстава, у једну микро-операцију постижући и побољшање перформанси и смањење снаге.

Архитектура процесора фт Мицро-Оп Цацхе

Да би извршио инструкцију, савремени ЦПУ је декодира. Ово укључује поделу инструкције на њене саставне микро-операције и одређивање меморијских локација на које треба референцирати. Многи софтвери редовно користе сличну функционалност и често могу поново да користе исти код у петљи или из позване функције. То значи да се тачна упутства могу позивати изнова и изнова. То онда значи да се исте микро-операције позивају изнова и изнова. А ако су исте микро операције потребне више пута, могу се кеширати. Кеширање микро операција може смањити оптерећење декодера инструкција, смањујући потрошњу енергије или помажу да се цевовод брже напуни.

Кеш меморија треба да буде мала, али када се пажљиво управља, може јој се приступити са једним или чак без кашњења циклуса. Ово може бити довољно да спречи потребу за преузимањем кашњења од 4 циклуса до Л1 кеша и долази без казне за промашај кеша.

Закључак

Л0 кеш је друго име за микро-оп кеш меморију. Може бити део модерних ЦПУ-а који користе микро-операције. Обично садржи неколико хиљада уноса и има капацитете наведене у бројевима уноса, а не у бајтовима. Л0 се може приступити брже од Л1, обично са латенцијом од 1 или 0 циклуса. Кеширање микро операција смањује оптерећење декодера инструкција, посебно у коду који добро користи петље или функције.