Uma falta de gravação em cache em um sistema de computador ocorre quando a CPU deseja gravar dados em um local de memória, mas esse local de memória não está atualmente armazenado no cache. Isso leva a várias consequências em potencial, tanto em termos de desempenho quanto de complexidade do sistema:
Consequências de desempenho: *
Aumento da latência: Esta é a consequência mais imediata e significativa. A CPU deve recuperar o bloco de dados da memória principal (RAM) ou um cache de nível inferior (como L2 ou L3) antes de escrever para ela. O acesso principal da memória é significativamente mais lento que o acesso ao cache.
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Ciclos de barraca: A CPU geralmente parar, o que significa que para de executar as instruções, enquanto espera que os dados sejam recuperados da memória principal. Esse tempo de barraca contribui diretamente para a velocidade de execução do programa reduzida. A gravidade da barraca depende da latência de acesso à memória e da eficiência do subsistema de memória.
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contenção de barramento: A busca de dados da memória principal requer o uso do barramento do sistema (a via de comunicação entre a CPU, a memória e outros componentes). Isso pode criar contenção para o barramento, potencialmente desacelerando outras operações que precisam acessar a memória.
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menor desempenho geral do sistema: Uma alta taxa de falta de gravação pode degradar significativamente o desempenho geral do sistema, especialmente para aplicativos com operações de gravação frequentes, como sistemas de banco de dados ou simulações científicas.
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Maior consumo de energia: O acesso à memória principal consome mais energia do que acessar o cache. Portanto, uma alta taxa de falta de gravação leva ao aumento do consumo de energia.
Consequências relacionadas à coerência do cache (em sistemas multiprocessadores): *
Protocolo de coerência do cache Overhead: Nos sistemas multiprocessadores, a manutenção da coerência do cache é crucial para garantir que todos os processadores tenham uma visão consistente da memória. Uma falta de gravação pode desencadear protocolos de coerência do cache (por exemplo, MESI), levando a:
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mais tráfego de ônibus: Os processadores podem precisar bisbilhotar (monitorar) outros caches para verificar se eles têm uma cópia do bloco de dados.
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invalidação de linhas de cache: Se outro processador tiver uma cópia do bloco de dados, essa cópia precisará ser invalidada para evitar inconsistências.
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writebacks: Se outro cache tiver uma cópia suja (modificada), os dados modificados precisam ser gravados de volta à memória principal ou outro cache.
Consequências de implementação: *
Write-through vs. Write-Back Políticas: A maneira como uma falta de gravação é tratada depende da política de gravação do cache:
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Escreva: Os dados são gravados no cache e na memória principal simultaneamente em uma falta de gravação. Embora simples, resulta em alto tráfego de ônibus e gargalos potenciais de desempenho.
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Write-Back: Os dados são gravados apenas no cache inicialmente. Os dados modificados são gravados de volta à memória principal posteriormente, quando a linha de cache é despejada. Essa política pode reduzir o tráfego de ônibus, mas acrescenta complexidade no gerenciamento de linhas de cache sujo.
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Escreva alocar vs. não escreva políticas de alocar: Essas políticas determinam se uma linha de cache é alocada após uma falta de gravação:
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Escreva alocar: A linha de cache é alocada (trazida para o cache) antes que a gravação ocorra. Isso é comum com caches de gravação, pois permite gravações futuras eficientes no mesmo local.
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Escreva sem alocar: A linha de cache não é alocada em uma falta de gravação. A gravação vai diretamente para a memória principal, ignorando o cache. Isso é frequentemente usado com caches de gravação para evitar poluição desnecessária do cache com dados que podem não ser acessados novamente em breve.
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Aumento da complexidade do hardware: A implementação e gerenciamento de protocolos de coerência de cache e políticas de gravação adicionam complexidade à lógica de design e controle de hardware.
em resumo: Uma falta de escrita em cache pode ter impactos negativos significativos no desempenho, consumo de energia e complexidade do sistema. As consequências específicas dependem da arquitetura do cache, das políticas de escreva e da natureza da carga de trabalho. Estratégias eficazes de gerenciamento de cache, como otimizar padrões de acesso à memória e escolher as configurações apropriadas de cache, são cruciais para mitigar esses efeitos.
