Optimoit sitten koko TLB:n pois, muuten hyvä mutta ilman TLB:tä cache voi osoittaa sen 12 bitin verran, 4kilotavua assosiaktiivisuudesta riippumatta, se ei liity tähän.
Yritä nyt ymmärtää, miten välimuistin osoitteistus ja kirjanpito toimii. Lue vaikka viestini uudestaan ajatuksella läpi.
Siihen, että katsotaan
mistä paikasta välimuistia jotain data löytyy jos se sieltä löytyy ei tarvita muita kuin niitä alimpia bittejä. Se määräytyy tuollaisessa välimuistissa vain niiden 12 alimman bitin perusteella.
Siihen, että tarkastetaan että
osoittaako tämä data välimusitissa siihen paikkaan mihin nyt tehdään access tarvitaan sitten
koko osoitetietoa.
Tämä mahdollistetaan että itse dataa (ja tagibittejä) voidaan hakea rinnakkain välimuistista ja sen osoitteen ylompiä bittejä TLBstä.
Mutta se
osumantarkastus voidaan tehdä vasta kun osoitteenkuunnos on tehty.
Näin toimii VIPT-välimuisti.
Intelin L1D-TLB taulukko 4KB:n sivuille taitaa nykyään olla 128, eli 7 bittiä ja 8 bitin cachelinjat eli jokainen cachelinja pystytään ohjaamaan omaan osoitteeseensa TLB:n avulla.
Se, millainen on TLBn rakenne ja se, millainen sen L1D-välimuistin rakenne on kaksi täysin eri asiaa.
Tässä puhuttiin datavälimuistin rakenteesta, ei data-TLBn rakenteesta.
TLB sitten voidaan optimoida, eli 36 virtuaalimuistibittiä on aivan turha dekoodata,
esimerkiksi 9 eli sivutaulun mukainen määrä antaa 2megatavun alueen
jolle voidaan mapata 128 cachelinjaa, assosiaktiivisuus vain pilkkoo nuo pienemmiksi osiksi eli koko TLB:tä ja välimuistia ei tarvitse käydä läpi haussa, ainoastaan se assosiaktiivisuuden osa joka voi sisältää tuloksen.
Ei ole mitään yhtenäistä 2 megatavun aluetta missään jos käytetään 4 kiB virtuaalimuistisivuja. Jokainen 4 kiB virtuaalimuistisivu voi osoittaa fyysisessä muistissa
aivan eri paikkaan.
Ja sen sivun fyysinen osoite on kokonaisuudessaan siellä sivutaulun viimeisellä tasolla. Sivutaulun aiemmissa tasoissa on pointteri siihen seuraavaan tasoon, ei mitään fyysisen osoitteen "sillä kohdalla" olevia bittejä
(ja millä ihmeen laskuopilla saat jotain 128 välimuistilinjaa johonkin?)
Ja siinä vaiheessa kun tarkastetaan, onko välimuistissä indeksiin numero 0 säilötty osoitteiden 32768-32831 data vai osoitteiden 2147483648-2147483711 sisätämä data, tarvitaan kyllä ihan jokaista osoitteen yläbittiä. Jos siellä puuttuisi yksikin bitti, sitten sen bitin kohdan verran toisistaan eroavat eri osoitteet sotkeentuisi välimuistin kirjanpidossa.
Ja sitä "osaa" välimuistista jossa se data voi olla, kutsutaan nimellä "setti" ja sen järjestysnumeroon (alkaen nollasta) viitataan termillä "indeksi".
Ja vaikuttaa muutenkin siltä, että olet tainnut käsittänyt assosiatiivisuuden aivan väärinpäin.
Pitää nimenomaan vääntää VIELÄ enemmän rautalankaa välimuistista.
Tosin Dunning-Kruger-efekti taitaa olla sillä tasolla että mikään rautalanka ei taida mennä perille, että miksi edes yritän..
Seuraava ei liity vielä mitenkään virtuaalimuistiin eikä TLBhen:
Ilman assosiatiivisuutta oleva välimuisti == direct mapped, "suorasijoittava"
Direct-mapped-välimuistissa jokaiselle muistiosoitteelle on tällöin tasan yksi mahdollinen paikka(indeksi), missä se voi välimuistissa olla. Tällöin osoitteen N alinta bittiä kertoo SUORAAN ja TARKKAAN sen, mihin kohtaan välimuistia se data menee, jos se sinne menee.
Välimuisti jossa on 64 tavun linjat, 32 kilotavun kapasiteetti, tarkoittaa että eli indeksejä on 512 kappaletta(0-511). 6 alinta bittiä(0:5) valitsee tällöin tavun välimuistilinjalta, seuraavat 9 bittiä(5:14) osoitetta valitsee suoraan indeksin, jolta data löytyy, JOS se välimuistista löytyy. Ja kaikki ylemmät bitit tallennetaan välimuistin tagikenttään..
Eli tällöin muistiosoitteet esim. 0x0, 0x8000, 0x10000, 0x18000, 0x2000, 0x10000000, 0x20000000, 0x400000000000 mevät kaikki välimuisti-indeksiin, eli indeksiiin 0. Ainoastaan yksi niistä voi kerrallaan olla tallennettuna välimuistilinjaan. Ja osoitteet 0x40, 0x8040, 0x18040, 0x2040, 0x10000040, 0x20000040, 0x400000000040 menevät kaikki välimuisti-indeksiin 1. Ainoastaan yksi niistä voi kerrallaaan olla tallennettuna välimuistiin.
Kun sitten tulee muistiaccess vaikka osoitteeseen 0x50000000, otetaan esin osoitteesta ne bitit, joitka muodostavat indeksin, accessoidaan välimuistia siitä indeksista, ja verrataan, mitä välimuistin tag-kentästä löytyy siitä indeksistä. Löytyykö sieltä samat ylimmät bitit kuin mihin nyt halutaan osoittaa, jolloin välimuisti sisältää sen osoitteen mitä haluttiin hakea, vai löytyykö sieltä jotkut muut bitit, jolloin välimuistissa on talletettuna jonkun muun osoitteen data, ja meillä on huti.
Tämän tarkastamiseen tarvitaan osoitteen
kaikki ylimmät bitit. Jos sieltä jätettäisiin joku ylempi bitti pois, sitten sen bitin position verran tosistaan eroavia osoitteita ei välimuistin kirjanpidossa voisi eroittaa toisistaan, ja välimuistista annettaisiin toisen data toisen osoitteella.
Suorasijoittavan välimuistin pahin huono puoli on, että usein tehdään accesseja välimuistin koon kerrannaisen päähän toisitaan(kaikki kiva on kahden potensseissa, sekä välimuistien koot että yleiset taulukkokoon koodissa jne). Accessit peräkkäin osoitteisiin 0x8000 ja 0x10000 ja sitten taas 0x8000 ja sitten taas 0x100000 johtaa siihen, että 0x10000 menee välimuistissa samaan kohtaan (indeksi numero 0) kuin missä 0x8000 oli eli 0x8000 heitetään välimuistista pihalle. Sitten se joudutaan kolmatta accessia varten jälleen lataaman välimuistiin, ja heittää samalla osoitteen 0x10000 datan pihalle välimuistista. Ja sitten jälleen viimeinenkin access on tämän takia huti.
Sitten otetaan virtuaalimuisti ja TLB huomioon:
Ja jos tällaisen 32kiB suorasijoittavan välimuistin kanssa käytetään 4 kiB virtuaalimuistisivuja, osoitteenmuunnos pitää tehdä ennen välimuistista hakemista, koska osoitteenmuunnos vaikuttaa bitteihin 12:14 joita tarvitaan indeksin valitsemiseen, eli ennen osoitteenmuunnosta ei voida tietää, mistä indeksistä se välimuistista löytyy. Ei siis voida käyttää VIPTiä
Jotta direct mapped-cachelle EI tarvi osoitteenmuunnosta tehdä ennen kuin access siihen aloitetaan, tarvii sen koon olla niin pieni, että koko indeksi löytyy sieltä virtuaalimuistisivun sisäisistä biteistä, eli cachen koko maksimissaan virtuaalimuistisivun kokoinen.
Assosiatiivinen välimuisti taas tarkoittaa sitä, että siellä on efektiivisesti monta pienempää välimuistia rinnakkain(jokaista näitä kutsutaan nimellä way/tie). 8-tie-joukkoassosiatiivisessa niitä on 8. Ja data voidaan säilöä mihin tahansa niistä siihen indeksiin, mihin se osoitteeseensa mukaan osuu.
Eli nyt osoitteiden 0x8000 ja 0x10000 data voikin olla yhtä aikaa säilöttynä välimuistiin, koska osoite 0x8000 voi olla vaikka laitettu ensimmäiseen tiehen indeksiin 0 ja 0x10000 toiseen tiehen indeksiin 0.
Yksi setti muodostaa kaikkien näiden kahdeksan rinnakkaisen välimuistien samalla indeksillä olevat välimuistilijat. 0x8000 ja 0x10000 on indeksiltään samat(0) eli osuu samaan settiin, mutta koska jokaisessa setissä on monta välimuistilinjaa, ne voivat olla yhtä aikaa välimuistissa.
Virtuaalimuisti ja joukkoassosiatiivisuus:
Eli 32 kiB 8-tie-joukkoassosiatiivinen välimuisti koostuu kahdeksasta 4 kiB tiestä, eli 64 B linjakoolla jokaisessa tiessä on 64 linjaa. Tällöin osoitteen bittejä 6:11 käytetään linjan valitsemiseen. Kaikki mahtuvat samalle 4kiB virtuaalimuistisivulle. Voidaan käyttää VIPTiä.
ps. yhdessä suunnittelemistani prosessoriytimistä on ollut myös välimuisti.
Kieltämättä muutamassa kohtaa on meinannut kahvit tulla ulos nenästä.
