и VIA C3 программная предвыборка
В K6\Athlon и VIA C3 программная предвыборка осуществляется одной из двух инструкций prefetch
или prefetchw. Суффикс на конце последней сообщает процессору, что загружаемые данные планируется модифицировать. Это отнюдь не означает, что данные, загружаемые, посредством prefetch, модифицировать нельзя. Модифицировать их можно, но не желательно, т.к. в этом случае процессор вынужден совершать дополнительный цикл, изменяя атрибуты соответствующей кэш-линейки с эксклюзивной
на модифицируемую.
Эксклюзивные, т.е. неизменяемые кэш-линейки, при их вытеснении их кэша просто выбрасываются в битовую корзину, иначе называемую устройством /dev/null или "черной дырой".
Модифицируемые же кэш-строки независимо от того, были ли они реально модифицированы или нет, всегда вытесняются в оперативную память (кэш вышестоящего уровня), что требует определенного количества тактов процессора (подробнее см. "Кэш –Принципы функционирования. Организация кэша. Протокол MESI").
Инструкция prefetch
просто инициирует запрос ячейки памяти, точно так, как это делает любая команда, обращающаяся к памяти, но, в отличие от последней, prefetch
не помещает загружаемые данные ни в какой регистр, более того, она вообще не дожидается окончания загрузки этих данных, тут же возвращая управление. Преждевременное завершение инициатора запроса еще не освобождает кэш-контроллер от обязанности выполнения этого запроса, но, если запрошенная ячейка уже находится в кэше первого уровня, – ничего не происходит и инструкция prefetch
ведет себя аналогично команде NOP (нет операции). В противном случае кэш-контроллер обращается к кэшу второго уровня, а если искомой ячейки не оказывается и там – к оперативной памяти (кэшу третьего уровня), целиком заполняя соответствующие кэш-строки кэшей всех нижестоящих уровней. (Длина кэш-строк составляет 32 байта на AMD K6 (VIA C3) и 64 байта на Athlon\Duron). Поскольку кэш-контроллер работает независимо от вычислительного конвейера процессора, предвыборка позволяет загружать очередную порцию данных параллельно с обработкой предыдущей.
Если время загрузки данных не превышает времени их обработки, то простоя процессора вообще не происходит – вычислительный конвейер вращается безостановочно, а время доступа к памяти полностью маскируется.
Инструкция prefetchw
работает аналогично prefetch, но автоматически присваивает загружаемой строке статус модифицируемой. Если строку действительно планируется модифицировать, это сэкономит от 15 до 25 тактов процессорного времени. Обратно, если вы неуверенны – будет ли реально модифицировать строка или нет, лучше загрузите ее как исключительную, т.к. выгрузка модифицируемой, но реально не модифицированной строки в оперативную память обойдется намного дороже.
Несмотря на то, что AMD позиционирует команды предвыборки как аппаратно-независимые, они таковыми не являются, поскольку, количество байт, загружаемых инструкциями prefetch
и prefetchw,
определяется размером кэш-линий процессора, а их длина различна: 32 байта для K-6 (VIA C3) и 64 байта для Athlon\Duron. Соответственно, различны оптимальный шаг и минимальная дистанция предвыборки (подробнее см. "Практическое использование предвыборки/Планирование дистанции предвыборки").
В этом свете становится очень интересным следующее высказывание AMD, почерпнутое из руководства по оптимизации под Athlon: "The PREFETCHNTA/T0/T1/T2 instructions in the MMX extensions are processor implementation dependent. If the developer needs to maintain compatibility with the 25 million AMD-K6 ® - 2 and AMD-K6-III processors already sold, use the 3DNow! PREFETCH/W instructions instead of the various prefetch instructions that are new MMX extensions", что в переводе на русский звучит приблизительно так: "Инструкции PREFETCHNTA/T0/T1/T2 из MMX-расширения аппаратно зависимы. Если вы, господин разработчик, нуждаетесь в совместимости с 25 миллионами уже проданных процессоров AMD-K6®-2 и AMD-K6-III, вместо инструкций предвыборки нового расширения MMX, пользуйтесь командами PREFETCH/W из расширения 3DNow!"
Вот вам хорошая демонстрация искусства умолчания! Если уж бросать камень в огород Intel, то нелишне бы отметить, что, во-первых, и собственные инструкции предвыборки аппаратно зависимы, а, во-вторых, процессорами Pentium они не поддерживается. Так что никаких преимуществ у AMD'ушной предвыборки перед Intel нет и использовать ее не рекомендуется.
