Уровни кэша процессора

#память #кэширование

Возьмем пример:

L1 - 128Kb
L2 - 512Kb
L3 - 2Mb


Зачем нужно несколько уровней кэш памяти?

Почему скорость L1 > L2 > L3 (разный SRAM дизайн?)?

Зачем нужно L1i для инструкций и L1d для данных?

Как рассчитывается оптимальный размер и количество кэш уровней?
    

Ответы

Ответ 1

Зачем нужно несколько уровней кэш памяти?


Если бы могли, то весь кэш сделали бы L1. Да и вообще, все ОЗУ затащили бы в процессор
в виде кэша. Но тогда процессор будет много потреблять и расплавится (при заданной
технологии производства и допусках).


  Почему скорость L1 > L2 > L3 (разный SRAM дизайн?)?


Опять же чтобы процессор не расплавился.


  Зачем нужно L1i для инструкций и L1d для данных?


Теперь же две очереди, отдельно для инструкций, отдельно для данных. Вот и кэша два.


  Как рассчитывается оптимальный размер и количество кэш уровней?


Там ничего особо не рассчитывается. Сколько места на кристалле остается после размещения
ядер, все отдается под кэши разных уровней.

UPD1:

А вообще-то есть форумы разработчиков процессоров, даже русскоязычные (да-да не смейтесь).
На крайний случай есть форумы разработчиков плат, раньше это было на каких-нибудь телесистемах
а сейчас не знаю где, но можно найти. Спросите там, там Вам подробнее объяснят.


Ответ 2

Основная проблема в обеспечении максимальной загрузки процессора и минимизации простоев
из-за загрузки данных из памяти.

Несколько уровней кэша различаются скоростью доступа в первую очередь. Уровневое
кэширование позволяет оптимизировать загрузку данных из основной памяти и держать для
процессора нужные страницы "под рукой". 

Тут хорошая аналогия склад - магазин - холодильник - тарелка (кэширование продуктов). 

Подробно кэши описаны у Танненбаума (Архитектура ЭВМ).