CPU多级缓存

  • 左图为最简单的高速缓存的配置,数据的读取和存储都经过高速缓存,CPU核心与高速缓存有一条特殊的快速通道;主存与高速缓存都连在系统总线上(BUS)这条总线还用于其他组件的通信

  • 在高速缓存出现后不久,系统变得越来越复杂,高速缓存与主存之间的速度差异被拉大,直到加入了另一级缓存,新加入的这级缓存比第一缓存更大,并且更慢,而且经济上不合适,所以有了二级缓存,甚至是三级缓存

多级缓存

CUP缓存有什么意义:

  • 时间局部性:如果某个数据被访问,name在不久的将来他可能能再次被访问。
  • 空间局部性:如果某个数据被访问,那么他与相邻的数据很快也可能被访问。

MESI:

  • M: Modified 修改,指的是该缓存行只被缓存在该CPU的缓存中,并且是被修改过的,因此他与主存中的数据是不一致的,该缓存行中的数据需要在未来的某个时间点(允许其他CPU读取主存相应中的内容之前)写回主存,然后状态变成E(独享)
  • E:Exclusive 独享 缓存行只被缓存在该CPU的缓存中,是未被修改过的,与主存的数据是一致的,可以在任何时刻当有其他CPU读取该内存时,变成S(共享)状态,当CPU修改该缓存行的内容时,变成M(被修改)的状态
  • S:Share 共享,意味着该缓存行可能会被多个CPU进行缓存,并且该缓存中的数据与主存数据是一致的,当有一个CPU修改该缓存行时,其他CPU是可以被作废的,变成I(无效的)
  • I:Invalid 无效的,代表这个缓存是无效的,可能是有其他CPU修改了该缓存行

CPU缓存一致性:

  • 保证多个cpu缓存 cache 之间缓存共享数据的一致性


    状态

    状态装换关系

乱序执行优化

  • 处理器为提高运算速度而做出违背代码原有顺序的优化


    例子
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