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CPU缓存和内存屏障

多级缓存 L1 Cache (一级缓存)是CPU第一层高速缓存, 分为数据缓存和指令缓存, 一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32-4096kb L2 Cache (二级缓存) 由于L1高速缓存的容量限制...具有较大L3缓存的处理器更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处理器队列长度....一般是多核共享一个L3缓存 CPU在读取数据时, 先在L1中寻找, 再从L2中寻找, 再从L3中寻找, 然后是内存, 最后是外存储器 缓存同步协议 多CPU读取同样的数据进行缓存, 进行不同运算之后,...语义, 也就是说, 编译器和处理器不会对存在数据依赖关系的操作做重排序 两个问题 CPU高速缓存下有一个问题: 缓存中的数据与主内存的数据并不是实时同步的, 各CPU间缓存的数据也不是实时同步...., 强制从新从主内存读取数据 强制读取主内存内容, 让CPU缓存和主内存保持一致, 避免了缓存导致的一致性问题

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c++ 寄存器 缓存 cpu 内存之间的关系

CPU内部结构与寄存器(了解) cpu > 寄存器 > 缓存 > 内存 64位和32位系统区别 寄存器是CPU内部最基本的存储单元 CPU对外是通过总线(地址、控制、数据)来和外部设备交互的...RAX B BX EBX RBX C CX ECX RCX D DX EDX RDX 寄存器、缓存、内存三者关系 按与CPU远近来分，离得最近的是寄存器，然后缓存(CPU缓存)，最后内存。...CPU计算时，先预先把要用的数据从硬盘读到内存，然后再把即将要用的数据读到寄存器。于是 CPU寄存器内存，这就是它们之间的信息交换。 那为什么有缓存呢？...于是就在寄存器与内存之间设置一个缓存。 因为从缓存提取的速度远高于内存。当然缓存的价格肯定远远高于内存，不然的话，机器里就没有内存的存在。...由此可以看出，从远近来看：CPU〈---〉寄存器〈---> 缓存 内存。

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    CPU多级缓存

    内存的访问速度仅比寄存器慢一些。但是，这一局面在上世纪90年代被打破了。CPU的频率大大提升，但内存总线的频率与内存芯片的性能却没有得到成比例的提升。并不是因为造不出更快的内存，只是因为太贵了。...下面是三级缓存的处理速度参考表： 从CPU到 大约需要的CPU周期 大约需要的时间(单位ns) 寄存器 1 cycle L1 Cache ~3-4 cycles ~0.5-1 ns L2 Cache...当CPU修改该缓存行中内容时，该状态可以变成Modified状态 S 共享 (Shared) 该Cache line有效，数据和内存中的数据一致，数据存在于很多Cache中。...无 无 注意： 对于M和E状态而言总是精确的，他们在和该缓存行的真正状态是一致的，而S状态可能是非一致的。...copy的数量，因此（即使有这种通知）也没有办法确定自己是否已经独享了该缓存行。

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    CPU缓存伪共享

    CPU缓存什么东西？当然这个问题很多人有可能觉得比较傻，CPU缓存什么，肯定是缓存数据（代码）啊，要不然还能缓存啥，这个确实没问题，但是CPU到底缓存什么样的数据呢？...因为对CPU来说，无论是指令，还是数据，都是数据，他如果要缓存，缓存的单位是啥？要缓存的内容是啥呢？...通过上文我们知道，CPU为了提升运行速度，是存在缓存的，但是CPU的缓存，到底缓存了啥呢？数据+指令 CPU的缓存单位是啥呢？cache line，cache line 到底是个啥东西呢？...），所以第二段代码的执行时间也是第一段代码的50%（可解释） 所以通过分析可以得出，CPU虽然把数据进行了缓存，但是这些缓存有时候并不能完全做到数据共享，而是有部分数据发生变化之后，其余CPU的数据也必须跟着发生变化...，这就是所谓的CPU缓存的“伪共享”问题。

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    8086CPU的寄存器

    通用寄存器 通用寄存器分为数据通用寄存器和地址指针与变址寄存器两组。...数据通用寄存器 数据通用寄存器包括AX、BX、CX和DX共4个16位寄存器，他们既可以作为16位寄存器使用，也可以将每个寄存器分开作为两个独立的8位寄存器使用，即高8位寄存器AH、BH、CH、DH和低8...控制寄存器 控制寄存器和指令指针寄存器IP和标志寄存器Flags两个。 指令指针寄存器IP IP用来存放代码段中的偏移地址，在程序运行过程中，它始终指向下一条要执行的指令的首地址。...8086CPU设置的是一个16位标志寄存器，但实际上只使用了其中的9位。这9位标志位又分为状态标志位和控制标志位两类。...控制标志位 控制标志位有3个，是用来控制CPU的工作方式或工作状态的标志，它的使用频率相对较低。 IF（中断允许标志位） 用来决定CPU是否响应CPU外部的可屏蔽中断发出的中断请求。

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    CPU 和 CPU Core 有啥区别？多核 CPU？多个 CPU？

    the more efficient it is（一个核心可以执行一项任务，而另一个核心执行不同的任务，因此 CPU 拥有的核心越多，它的效率就越高） 一般来说，我们可以将一个 Core 分为三个主要部分...：控制单元（Control Unit，CU）、算术逻辑单元（Arithmetic-Logic Unit，ALU）和内存（Memory） 控制单元：使 Core 与计算机系统的其他组件进行通信 算术逻辑单元...：这个单元由执行算术和逻辑运算的电子电路组成。...此外，它通常执行三个逻辑操作 - 等于、小于和大于 内存：内核中构建的内存由寄存器和缓存（L1 Cache 和 L2 Cache）组成。寄存器用于保存地址、指令和核心处理计算结果。...缓存是高速随机访问存储器，它保存 Core 可能会(重新)使用的数据 除了这三大块，Core 中还包括时钟和总线，就不详细说了，下图显示了一个抽象的 Core 架构： 那这些 Core 互相独立的执行任务

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    JAVA线程-CPU缓存和内存屏障（四）

    上节说了线程中止，优雅和暴力的方式，也说到了通过标志位的方式，这次一起说说CPU缓存和内存屏障。 ?...② 多级缓存 L1 Cache (一级缓存)是CPU第一层高速缓存, 分为数据缓存和底层的指令缓存, 一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32-4096kb。...具有较大L3缓存的处理器更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处理器队列长度. 一般是多核共享一个L3缓存。不管你电脑有多少个CPU，每个CPU都有L1 和 L2，但是L3都是共用的。...⑤ CPU高速缓存和CPU执行指令重排序的问题 1.缓存中的数据与主内存的数据并不是实时同步的, 各CPU间缓存的数据也不是实时同步....同时也看到了现代CPU不断的严禁，在程序运行优化中做出的努力。不同CPU厂家付出的人力物力成本，最终体现在不同的CPU性能差距上。

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    GPU频率逐渐接近CPU，未来是否可能取代CPU？

    GPU频率已经接近CPU，是否能取代CPU这一问题是一个相当复杂且具有深度的技术话题。 我们可以从多个角度来分析：计算架构、指令集、缓存机制、扩展性、内存带宽和实际应用需求。...1、GPU和CPU的架构差异 首先，GPU和CPU虽然频率接近，但它们的架构设计目标不同： CPU设计：通用计算处理，尤其适合顺序计算、复杂逻辑操作（例如条件跳转等），具有更丰富的指令集和更大的缓存，适合单线程高性能任务...尽管一张4060显卡拥有3072个CUDA核心，但它们的结构与CPU核心有很大不同。...而CPU核心（例如至强E3/E5或EPYC）更适合处理复杂的、多样化的任务，如操作系统管理、任务调度等。 2、GPU频率达到2.5GHz，是否能替代CPU？...GPU指令集（如NVIDIA的CUDA指令集）与x86指令集完全不同，缺少一些处理通用任务的能力。 此外，GPU的控制单元与内存管理方式都不如CPU强大。

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    离CPU最近的缓存

    今天我们聊聊CPU的指令缓存和数据缓存，即iCache和dCache，他俩就是离CPU最近的缓存了。...6自旋锁的发展和高速缓存的关系： 等待的艺术 | 自旋锁的前世今生 CPU和主存之间也存在多级高速缓存，一般分为3级，分别是L1, L2和L3。...其实这不是CPU的功劳，而是编译器已经做好了标记。指令和数据都存储在内存中的不同区域，区域的划分是编译连接时划分好的。...我们知道冯·诺依曼和哈佛结构的本质区别就是指令空间和数据空间是否是一体的。冯·诺依曼结构数据空间和地址空间不分离，哈佛结构数据空间和地址空间是分离的。...现在处理器一般采用改进型的哈佛结构，或者说是哈佛结构和冯·诺依曼的结合，你还用过哪些不同结构的CPU呢？

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    从CPU缓存看缓存的套路

    一、前言 不同存储技术的访问时间差异很大，从 计算机层次结构 可知，通常情况下，从高层往底层走，存储设备变得更慢、更便宜同时体积也会更大，CPU 和内存之间的速度存在着巨大的差异，此时就会想到计算机科学界中一句著名的话...三、何时更新缓存 在 CPU 中引入缓存中间层后，虽然可以解决和内存速度不一致的问题，但是同时也面临着一个问题：当 CPU 更新了其缓存中的数据之后，要什么时候去写入到内存中呢？...能力，CPU 厂商又引入了多级的缓存结构，比如常见的 L1、L2、L3 三级缓存结构，L1 和 L2 为 CPU 核心独有，L3 为 CPU 共享缓存。...如果现在分别有两个线程运行在两个不同的核 Core 1 和 Core 2 上，内存中 i 的值为 1，这两个分别运行在两个不同核上的线程要对 i 进行加 1 操作，如果不加一些限制，两个核心同时从内存中读取...每个缓存存储数据单元（Cache line）有 4 种不同的状态，用 2 个 bit 表示，状态和对应的描述如下： ?

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    【汇编】（二）寄存器（CPU工作原理）

    ，高8位（8-15）构成了AH寄存器，AH和AL寄存器是可以独立使用的8位寄存器； 字在寄存器中的存储，一个字等于两个字节，因此要占用AX整一个寄存器；   几条汇编指令 汇编指令不区分大小写...16位结构的CPU 概括的讲，16位结构描述了一个 CPU 具有以下几个方面特征： 运算器一次最多可以处理16位的数据。 寄存器的最大宽度为16位。 寄存器和运算器之间的通路是16位的。  ...观察下面的地址，可以得出结论：CPU 可以用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址。 如果给定一个段地址，仅通过变化偏移地址来进行寻址，最多可以定位多少内存单元？...CS和IP CS 和 IP 是 8086CPU 中最关键的寄存器，它们指示了 CPU 当前要读取指令的地址。CS 为代码段寄存器；IP 为指令指针寄存器。...在 8086CPU 加电启动或复位后（ 即 CPU 刚开始工作时）CS 和 IP 被设置为 CS=FFFFH，IP=0000H。

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    【汇编语言】寄存器（CPU工作原理）（七）—— 查看CPU和内存，用机器指令和汇编指令编程

    文章主要内容：基于实验内容，详细展示如何查看CPU和内存以及通过机器指令和汇编指令编程。 1. 预备知识：Debug的使用 我们以后所有的实验中，都将用到Debug程序，首先学习一下它的主要用法。...使用它，可以查看CPU各种寄存器中的内容、内存的情况和在机器码级跟踪程序的运行。...执行T命令后，CPU执行CS:IP指向的指令，则1000:0处的指令b8 01 00(mov ax,0001)得到执行，指令执行后，Debug 显示输出 CPU中寄存器的状态。...在用T命令执行指令时，注意每条指令执行后，CPU相关寄存器内容的变化 1.9 A命令 前面我们使用E命令写入机器指令，这样做很不方便，最好能直接以汇编指令的形式写入指令。...实操练习 (1) 使用 Debug，将下面的程序段写入内存，逐条执行，观察每条指令执行后CPU中相关寄存器中内容的变化。 提示，可用E命令和A命令以两种方式将指令写入内存。

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    CPU加了缓存后，有人急了~

    “好在咱们马上就要建设缓存设施了，也不用每次都从内存读取数据，要是缓存能找到，就不用读取内存了嘛！” “可是查页目录和页表还是得要两次啊”，小黑说到。...咱们在保护模式下，不同的进程中，同一个虚拟页翻译后对应的物理页面可是不同的，你们可不要用了错误的缓存，那可就出大乱子了！” “嗨，这还用你说，在场的各位干这份工作时间都不短了，这一点我们比你更清楚。...进程切换的时候，会把新进程的页目录表基地址写到CR3寄存器中，那时候我们就会把缓存中的数据全部清掉啦！”，小黑胸有成竹的说到。...当天便投入使用，咱们这个CPU的运行效率一下突飞猛进，这缓存的威力可真是太大了。...为了跟我们的一二级缓存相区分，小黑还给他们的地址翻译缓存取了一个响亮的名字：TLB——翻译后备缓冲区。 【完】 相关阅读 主板上这家伙，要当CPU和内存的中间商！

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    操作系统导论-CPU缓存

    内存，可以看做是 CPU 和 磁盘之间的缓存 CPU与内存的处理速度也不一致，出现 L1&L2 Cache 网络处理 数据库引擎的各种Buffer GUI的Double Buffer（双缓冲） 1 多级缓存...L1 Cache(一级缓存) CPU第一层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存。...而它的实际作用即是，L3缓存的应用可以进一步降低内存延迟，同时 提升大数据量计算时处理器的性能。具有较大L3缓存的处理器提供更有效的文件系统缓存行为 及较短消息和处理器队列长度。...2 缓存同步协议 多CPU读取同样的数据进行缓存，进行不同运算之后，最终写入主内存以哪个CPU为准? 在这种高速缓存回写的场景下，有一个缓存一致性协议, 多数CPU厂商对它进行了实现。...MESI协议，它规定每条缓存有个状态位，同时定义了下面四个状态: 修改态(Modified) 此cache行已被修改过(脏行)，内容已不同于主存，为此cache专有; 专有态(Exclusive)

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    【汇编语言】寄存器（CPU工作原理）（五）—— 段寄存器以及CS和IP

    段寄存器 我们前面讲到，8086CPU在访问内存时要由相关部件提供内存单元的段地址和偏移地址，送入地址加法器合成物理地址。这里，需要看一下，是什么部件提供段地址。段地址在8086CPU的段存器中存放。...8086CPU有4个存器：CS、DS、SS、ES。当8086CPU 要访问内存时由这4个段寄存器提供内存单元的段地址。本章中只看一下CS。 2....CS 和 IP CS和IP是8086CPU中最关键的寄存器，它们指示了CPU当前要读取指令的地址。 CS为代码段寄存器，IP为指令指针寄存器。...下图展示了8086CPU读取、执行指令的工作原理(图中只包括了和所要说明的问题密切相关的部件，图中数字都为十六进制)。...在8086CPU加电启动或复位后(即CPU刚开始工作时)CS和IP被设置为CS=FFFFH，IP=0000H，即在8086PC机刚启动时，CPU从内存FFFFOH单元中读取指令执行，FFFFOH单元中的指令是

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    理解CPU缓存的伪共享问题

    CPU是有高速缓存的 , 三级缓存分别是 L1 , L2 , L3 L1缓存最贴近CPU , 所以速度也最快 数据在缓存中是一行一行存储的 , L1缓存一般的一行缓存64字节 一行能缓存64...个字节 , 因为一个变量可能没有64字节大小 , 所以可能会缓存好几个变量 缓存需要保证一致性, 也就是当变量修改的时候 , 缓存必须得失效 , 重新在内存中读取变量加载到缓存里 当一行里有好几个变量的时候..., 其中一个变量修改了 , 这一行的数据都得失效 并且同一时间只允许一个线程操作缓存行 , 当并发比较高修改比较频繁时候 , 缓存的性能就下降了很多 , 这就是伪共享问题 一般解决这个问题是用的内存对齐填充来解决..., 也就是我一个变量占满这一行64字节 , 当然这样也比较浪费缓存 我们常说的局部性原理也与CPU缓存有关 , 当我们使用数组的时候 , 内存地址是连续的 , 这样就很有可能放在一行里 , 每次CPU...从缓存里读一行就能读到相邻的变量 , 速度会很快

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    利用cpu缓存实现高性能程序

    所以，做一次加法的指令是由多个时钟周期组成的（如取指令和数字、放入寄存器、执行ALU、将结果写回主存），做ALU执行指令仅需要1个时钟周期，而取指令或者取数据、回写结果数据就需要与主存打交道了。...如果我们访问内存时，先把数据读取到CPU缓存再计算，而下次读取到该数据时直接使用缓存（若未被淘汰掉），这在时间和空间上都会降低CPU计算能力的浪费！...这三级缓存的访问速度各不相同，但都远大于访问主存的速度（访问时间更小），如下图所示： ? 可见，L1和L2的缓存访问速度非常快，只有不到3ns，L3稍慢一些，但都远小于访问主存的速度。...这里，index0和index1分别代表L1缓存中的指令缓存和数据缓存，index2是L2缓存，index3就是L3缓存。...从shared_cpu_list可见，20MB的L3缓存被16颗逻辑CPU（8颗物理CPU）共享，而L2和L1都是由一颗物理CPU独占的。

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