Ποιος είναι ο αντίκτυπος μιας μνήμης μνήμης μνήμης μάζας στο σύστημα υπολογιστή απόδοσης;

Ο αντίκτυπος μιας μάζας μνήμης μνήμης μάζας στην απόδοση του συστήματος του υπολογιστή είναι σημαντική και σχεδόν πάντα αρνητική. Ακολουθεί μια κατανομή του γιατί:

Τι είναι η μνήμη μνήμης μνήμης;

* hit cache: Όταν η CPU χρειάζεται δεδομένα, ελέγχει πρώτα την προσωρινή μνήμη (μια μικρή, γρήγορη μνήμη). Εάν τα δεδομένα εντοπιστούν εκεί, είναι ένα "hit cache", και η πρόσβαση είναι γρήγορη.

* μνήμη cache: Εάν τα δεδομένα δεν είναι * στην προσωρινή μνήμη, είναι μια "μνήμη μνήμης."

* μνήμη μνήμης μνήμης μνήμης: Ο χρόνος που χρειάζεται για να ανακτήσετε τα δεδομένα από την κύρια μνήμη (RAM) και να τα φορτώσετε στην προσωρινή μνήμη * μετά από * Η μνήμη μνήμης είναι η "μνήμη μνήμης μάζας". Αυτό περιλαμβάνει διάφορα βήματα:

* Ανίχνευση της χάσης.

* Πρόσβαση στην κύρια μνήμη, η οποία είναι πολύ πιο αργή από την κρυφή μνήμη.

* Μεταφορά των ζητούμενων δεδομένων από την κύρια μνήμη στην προσωρινή μνήμη.

* Παράδοση των δεδομένων στην CPU.

Αντίκτυπος στην απόδοση:

1. επιβράδυνση της εκτέλεσης: Το πιο άμεσο αποτέλεσμα είναι ότι η CPU πρέπει να περιμένει να ανακτηθούν τα δεδομένα από την κύρια μνήμη. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η CPU συχνά σταματάει (ρελαντί), ανίκανος να προχωρήσει με τις οδηγίες της. Αυτή η αναμονή επιβραδύνει σημαντικά τη συνολική εκτέλεση του προγράμματος.

2. αυξημένος μέσος χρόνος πρόσβασης μνήμης (AMAT): Το AMAT είναι μια βασική μετρική για τη μέτρηση της απόδοσης του συστήματος μνήμης. Υπολογίζεται ως:

`Amat =hit time + (miss rate * miss punalty)`

* Χρόνος παροχής: Ο χρόνος που χρειάζεται για την πρόσβαση σε δεδομένα στην προσωρινή μνήμη όταν εμφανιστεί ένα χτύπημα.

* Χωρίς τιμή: Το ποσοστό πρόσβασης μνήμης που έχουν ως αποτέλεσμα μια μνήμη μνήμης.

* Δεσποινίς ποινή: Ο χρόνος που χρειάζεται για να χειριστεί μια μνήμη cache (όπως ορίζεται παραπάνω).

Καθώς αυξάνεται η ποινή της Miss, η AMAT αυξάνεται επίσης. Μια υψηλότερη AMAT σημαίνει ότι, κατά μέσο όρο, οι προσβάσεις μνήμης διαρκούν περισσότερο, οδηγώντας σε βραδύτερη εκτέλεση του προγράμματος.

3. Μια υψηλή ποινή μπορεί να γίνει μια σημαντική συμφόρηση απόδοσης. Εάν ένα πρόγραμμα έχει υψηλό ποσοστό χείλη και μεγάλη ποινή της Miss, η CPU ξοδεύει ένα δυσανάλογο χρονικό διάστημα περιμένοντας δεδομένα από τη μνήμη, αντί να εκτελεί πραγματικά υπολογισμούς. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για εφαρμογές έντασης μνήμης όπως οι επιστημονικές προσομοιώσεις, η ανάλυση δεδομένων και η επεξεργασία γραφικών.

4. Αντίκτυπος στα συστήματα πολλαπλών στοιχείων:Στα συστήματα πολλαπλών στοιχείων, μια υψηλή ποινή Miss μπορεί να δημιουργήσει διαμάχη για το εύρος ζώνης μνήμης. Όταν οι πολλαπλοί πυρήνες βιώνουν ταυτόχρονα χείρες κρυφής μνήμης, όλοι πρέπει να έχουν πρόσβαση στην κύρια μνήμη. Εάν ο δίαυλος μνήμης είναι κορεσμένος, η αποτελεσματική ποινή της Miss αυξάνεται ακόμη περισσότερο, επιδεινώνοντας το πρόβλημα απόδοσης.

5. κατανάλωση ενέργειας: Η πρόσβαση στην κύρια μνήμη καταναλώνει περισσότερη ενέργεια από την πρόσβαση στην προσωρινή μνήμη. Ένα υψηλό ποσοστό χείλη και η μεγάλη ποινή της Miss σημαίνουν ότι το σύστημα ξοδεύει περισσότερο χρόνο και πρόσβαση σε ενέργεια μνήμης, οδηγώντας σε αυξημένη κατανάλωση ενέργειας.

Παράγοντες που επηρεάζουν την ποινή Miss:

* Κύρια λανθάνουσα μνήμη: Η ταχύτητα των μονάδων RAM. Η ταχύτερη μνήμη RAM μειώνει γενικά την ποινή της Miss.

* εύρος ζώνης διαύλου μνήμης: Ο ρυθμός με τον οποίο τα δεδομένα μπορούν να μεταφερθούν μεταξύ της μνήμης RAM και της CPU. Ένα ευρύτερο και ταχύτερο λεωφορείο είναι καλύτερο.

* ιεραρχία προσωρινής μνήμης: Η χρήση πολλαπλών επιπέδων cache (L1, L2, L3) μπορεί να βοηθήσει στη μείωση της ποινής της Miss. Εάν τα δεδομένα δεν είναι στο L1, μπορεί να είναι στο L2, το οποίο είναι ταχύτερο από την κύρια μνήμη.

* Πρόσβαση στο δίσκο (για εικονική μνήμη): Εάν τα απαιτούμενα δεδομένα δεν είναι στην κύρια μνήμη, αλλά στον σκληρό δίσκο (εικονική μνήμη), η ποινή Miss γίνεται * τεράστια * (χιλιοστά του δευτερολέπτου αντί για νανοδευτερόλεπτα ή μικροδευτερόλεπτα). Αυτό ονομάζεται "σφάλμα σελίδας".

Τεχνικές μετριασμού:

Επειδή η ποινή της Miss Cache είναι τόσο επιζήμια, πολλές τεχνικές χρησιμοποιούνται για την ελαχιστοποίηση:

* Μεγαλύτερες αποθήκες: Μεγαλύτερες κρυφές μνήμες μπορούν να συγκρατήσουν περισσότερα δεδομένα, μειώνοντας το ποσοστό του Miss.

* Περισσότερες συσχετιστικές αποθήκες: Η αυξημένη συσχέτιση επιτρέπει την τοποθέτηση δεδομένων σε περισσότερες θέσεις εντός της προσωρινής μνήμης, μειώνοντας επίσης το ποσοστό MISS.

* Prefetching: Προβλέποντας ποια δεδομένα θα χρειαστούν στο μέλλον και θα τα φόρτωσαν στην προσωρινή μνήμη * πριν * ζητείται πραγματικά. Αυτό μπορεί να κρύψει την καθυστέρηση της πρόσβασης μνήμης.

* Προγραμματισμός φιλικού προς την προσωρινή μνήμη: Γράφοντας κώδικα που έχει πρόσβαση στη μνήμη με προβλέψιμο, διαδοχικό τρόπο. Αυτό αυξάνει την τοποθεσία της κρυφής μνήμης και μειώνει το ποσοστό της απώλειας. Παραδείγματα περιλαμβάνουν:

* χωρική τοποθεσία: Πρόσβαση σε στοιχεία δεδομένων που βρίσκονται κοντά στη μνήμη (π.χ., επαναλαμβάνοντας διαδοχικά μια συστοιχία).

* χρονική τοποθεσία: Επαναχρησιμοποίηση δεδομένων που έχουν προσπεραθεί πρόσφατα.

* Εκτέλεση εκτός παραγγελίας: Η CPU μπορεί να συνεχίσει να εκτελεί άλλες οδηγίες ενώ περιμένει να ανακτηθεί δεδομένα από τη μνήμη.

* multithreading/multiprocessing: Ενώ ένα νήμα/διαδικασία περιμένει να επιλυθεί μια μνήμη cache για να επιλυθεί, μπορεί να εκτελεστεί ένα άλλο νήμα/διαδικασία, διατηρώντας την CPU απασχολημένη.

Συνοπτικά, μια μεγάλη μνήμη μνήμης μάζας επιβάλλει σημαντικά την απόδοση του συστήματος ηλεκτρονικών υπολογιστών με την παύση της CPU, αυξάνοντας τον μέσο χρόνο πρόσβασης μνήμης και ενδεχομένως δημιουργώντας μια σημαντική συμφόρηση. Ως εκ τούτου, η ελαχιστοποίηση τόσο του ποσοστού της απώλειας όσο και της ποινής της Miss είναι ζωτικής σημασίας για την επίτευξη καλών επιδόσεων.