Können moderne x86-CPUs wirklich keine einzelnen Bytes im Speicher speichern?

Kann moderne x86-Hardware kein einziges Byte im Speicher speichern?

Die Frage:

Laut der Beschreibung von Bjarne Stroustrup Aufgrund des Speichermodells von C kann moderne Hardware keine Lade- oder Speichervorgänge ausführen, die Daten umfassen, die kleiner als ein Wort sind. Die Tests des Autors mit x86-Prozessoren zeigen jedoch, dass sie tatsächlich Einzelbyte-Objekte speichern können.

Die Antwort:

Moderne Befehlssatzarchitekturen (ISAs), einschließlich x86 , stellen Anweisungen zum Durchführen von Speichern in Bytegröße bereit. Diese Anweisungen sind atomar und wirken sich nicht auf benachbarte Bytes aus.

Intern implementieren einige Nicht-x86-CPUs möglicherweise Bytespeicher mithilfe eines RMW-Zyklus, wodurch ein ganzes Wort in der Cache-Zeile geändert wird. Dies ist jedoch für den Programmierer nicht sichtbar und hat keinen Einfluss auf die Korrektheit externer Speicher.

Statement von Stroustrup

Stroustrups Aussage, dass moderne Hardware keine Daten verarbeiten kann, die kleiner als ein Wort sind, ist eine ungenaue Verallgemeinerung. Moderne CPUs können Bytes tatsächlich effizient laden und speichern.

Interner RMW vs. externe Sichtbarkeit

Einige Hochleistungs-CPUs verwenden möglicherweise einen RMW-Zyklus, um Bytespeicher in ihren Caches zu implementieren. Hierbei handelt es sich jedoch um ein internes Implementierungsdetail, das keinen Einfluss auf das nach außen sichtbare Verhalten der Filialen hat. Bytespeicher sind immer noch atomar und stören benachbarte Bytes nicht.

Speichermodelle und ISA-Design

Das C-Speichermodell garantiert, dass Threads ohne Störungen sicher auf separate Speicherorte zugreifen und diese aktualisieren können. Die Umsetzung dieser Garantie bleibt der Kombination aus Compiler und Hardware überlassen.

Moderne CPUs und Speichercontroller verfügen über Mechanismen, die sicherstellen, dass sich Bytespeicher atomar und korrekt verhalten. Sie verwenden Techniken wie Cache-Kohärenzprotokolle und dedizierte Speichercontrollersignale, um Übertragungen in Bytegröße zu verarbeiten.

Leistungsüberlegungen

Während moderne CPUs Bytespeicher effizient verarbeiten können, ist es wichtig, dies zu beachten Architekturen oder bestimmte Szenarien können zu Leistungseinbußen führen. Beispielsweise können nicht ausgerichtete Bytespeicher oder E/A-bezogene Schreibvorgänge zusätzlichen Overhead verursachen.

Fazit

Die Behauptung, dass moderne Hardware keine Speicher in Bytegröße durchführen kann, ist unzutreffend. Mainstream-CPUs und ISAs stellen diese Funktionalität seit Jahrzehnten bereit und stellen sicher, dass bytebezogene Vorgänge effizient und sicher ausgeführt werden. Das C-Speichermodell basiert auf diesen Architekturfunktionen, um Korrektheit zu gewährleisten und leistungsstarke Software zu ermöglichen.

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