测验：内存层次

缓存以 64 字节缓存行为单位而不是逐字节取数据，主要原因是什么？

• 由于空间局部性，相邻地址很可能很快被使用
• DRAM 无法读取少于 64 字节的数据
• 只是为了节省存储缓存标签的空间
• 64 字节是 CPU 寄存器的宽度

按行优先存储的二维数组沿列方向遍历时，为什么会变慢？

• 乘法和除法变多
• TLB 不支持列方向访问
• 每次访问都取回新缓存行，却只使用其中一小部分就丢弃
• 编译器不会优化列方向访问

工作集略大于 L3 缓存时发生的未命中称为什么，最合适的应对方法是什么？

• 容量未命中——用分块等方法切分工作集以增加复用
• 强制未命中——开启预取
• 冲突未命中——改变数组步幅
• 一致性未命中——减少线程数

对于算术强度（arithmetic intensity）较低的工作负载，哪种提升性能的方法最无效？

• 迁移到内存带宽更高的设备
• 通过量化减少需要读取的字节数
• 换用运算性能（peak FLOPS）更高的芯片
• 利用片上内存增加已读取数据的复用

每个线程只写自己的 8 字节计数器槽位，完全没有锁，但线程越多吞吐量越低。最可能的原因是什么？

• 伪共享——多个槽位位于同一缓存行，核心之间不断转移所有权
• 上下文切换成本线性增加
• 计数器未使用原子操作，数值损坏
• 内存分配器使用锁

原子操作的操作数跨越两个缓存行时，会发生什么？

• 操作失败并抛出异常
• 改用外部总线锁而非缓存一致性协议，耗费数百周期并影响其他核心
• 编译器自动拆成两个原子操作
• 性能不变，只是不再保证正确性

为什么必须区分内存层级中的“容量”和“带宽”？

• 容量越大，带宽也会按比例增大
• 带宽是硬件规格，容量是软件设置
• 两者实际上只是同一指标的不同叫法
• 容量决定模型能否装入，带宽决定处理速度有多快，它们回答的是不同问题