Ein Cache -Schreibmehl in einem Computersystem tritt auf, wenn die CPU Daten an einen Speicherort schreiben möchte. Dieser Speicherort wird jedoch derzeit nicht im Cache gespeichert. Dies führt zu mehreren potenziellen Konsequenzen, sowohl hinsichtlich der Leistung als auch der Systemkomplexität:
Leistungskonsequenzen:
* Erhöhte Latenz: Dies ist die unmittelbarste und bedeutendste Folge. Die CPU muss den Datenblock aus dem Hauptspeicher (RAM) oder einem Cache auf niedrigerer Ebene (wie L2 oder L3) abrufen, bevor Sie darauf schreiben. Der Hauptspeicherzugriff ist deutlich langsamer als der Cache -Zugriff.
* Standzyklen: Die CPU bleibt häufig abgebrochen, was bedeutet, dass die Ausführung von Anweisungen nicht mehr ausgeführt wird, während die Daten aus dem Hauptspeicher abgerufen werden. Diese Stallzeit trägt direkt zur reduzierten Programmausführungsgeschwindigkeit bei. Der Schweregrad des Standes hängt von der Latenz des Speicherzugriffs und der Effizienz des Speichersubsystems ab.
* Buskontention: Das Abrufen von Daten aus dem Hauptspeicher erfordert die Verwendung des Systembusses (der Kommunikationsweg zwischen CPU, Speicher und anderen Komponenten). Dies kann den Bus verursachen und möglicherweise andere Vorgänge verlangsamen, die auf Speicher zugreifen müssen.
* niedrigere Gesamtsystemleistung: Eine hohe Verfehlungsrate kann die Gesamtsystemleistung erheblich beeinträchtigen, insbesondere für Anwendungen mit häufigen Schreibvorgängen wie Datenbanksystemen oder wissenschaftlichen Simulationen.
* Erhöhter Stromverbrauch: Der Zugriff auf den Hauptspeicher verbraucht mehr Strom als der Zugriff auf den Cache. Eine hohe Schreibrate führt daher zu einem erhöhten Stromverbrauch.
Konsequenzen im Zusammenhang mit der Cache-Kohärenz (in Multi-Processor-Systemen):
* Cache -Kohärenzprotokoll -Overhead: In Multi-Processor-Systemen ist die Aufrechterhaltung der Cache-Kohärenz von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass alle Prozessoren eine konsistente Sichtweise des Speichers haben. Ein Schreibmehl kann Cache -Kohärenzprotokolle (z. B. mesi) auslösen, was zu:
* Mehr Busverkehr: Prozessoren müssen möglicherweise andere Caches Snoop (überwachen), um zu überprüfen, ob sie eine Kopie des Datenblocks haben.
* Invalidierung von Cache -Zeilen: Wenn ein anderer Prozessor eine Kopie des Datenblocks hat, muss diese Kopie ungültig werden, um Inkonsistenzen zu verhindern.
* Schreibbacks: Wenn ein anderer Cache eine schmutzige (modifizierte) Kopie hat, müssen die geänderten Daten in den Hauptspeicher oder einen anderen Cache zurückgeschrieben werden.
Implementierung Konsequenzen:
* Through vs. Write-Back-Richtlinien: Die Art und Weise, wie ein Schreibmehl behandelt wird, hängt von der Cache -Schreibrichtlinie ab:
* Through: Daten werden sowohl in den Cache als auch in den Hauptspeicher gleichzeitig in einem Schreibmehl geschrieben. Obwohl es einfach ist, führt dies zu einem hohen Busverkehr und potenziellen Leistungs Engpässen.
* Schreibback: Daten werden erst anfangs an den Cache geschrieben. Die geänderten Daten werden später in den Hauptspeicher zurückgeschrieben, wenn die Cache -Zeile vertrieben wird. Diese Richtlinie kann den Busverkehr reduzieren, fügt jedoch Komplexität bei der Verwaltung von schmutzigen Cache -Linien hinzu.
* Schreiben Sie zu, vs. Schreiben Sie keine Richtlinien für die Zuordnung: Diese Richtlinien bestimmen, ob eine Cache -Linie auf einen Schreibmehl zugewiesen wird:
* Zuordnung schreiben: Die Cache -Zeile wird vor dem Schreiben zugeteilt (in den Cache gebracht). Dies ist bei Write-Back-Caches üblich, da es effiziente zukünftige Schreibvorgänge an denselben Ort ermöglicht.
* Schreiben Sie keine Zuordnung: Die Cache -Linie wird nicht auf einem Schreibmehl zugewiesen. Das Schreiben geht direkt zum Hauptspeicher und umgeht den Cache. Dies wird häufig mit Schreib-Caches verwendet, um unnötige Cache-Verschmutzung mit Daten zu vermeiden, auf die möglicherweise nicht bald wieder zugegriffen wird.
* erhöhte Hardwarekomplexität: Das Implementieren und Verwalten von Cache -Kohärenzprotokollen und Schreiben von Richtlinien verleihen der Hardware -Design- und Steuerlogik Komplexität.
Zusammenfassend:
Ein Cache -Write -Miss kann erhebliche negative Auswirkungen auf die Leistung, den Stromverbrauch und die Systemkomplexität haben. Die spezifischen Konsequenzen hängen von der Cache -Architektur, dem Schreiben von Richtlinien und der Art der Arbeitsbelastung ab. Effektive Strategien zur Cache -Management, wie z. B. die Optimierung des Speicherzugriffsmusters und die Auswahl geeigneter Cache -Konfigurationen, sind entscheidend für die Minderung dieser Effekte.