从硬件角度看内存排序

Question

我想在阅读了网上的一些材料后，我在某种程度上理解了内存排序保证的各个方面。然而，仅从软件和理论的角度来看规则似乎有点神奇。这里解释了为什么两个处理器似乎会重新排序的一个例子，它对我实际可视化该过程有很大帮​​助。所以我的理解是，预取器可以为一个处理器提前加载读取，而不会为另一个处理器加载读取，然后对于外部观察者来说，第一个处理器看起来比第二个处理器更早读取（并且现在可能有可能）在没有同步的情况下具有陈旧的价值），因此会看到指令重新排序。

之后，我实际上从 CPU 的角度寻找更多关于如何产生这种效果的解释。例如，考虑acquire-release栅栏。通常引用的一个经典示例如下：

thread-0: x.store(true,std::memory_order_release);
thread-1: y.store(true,std::memory_order_release);

thread-2:
while(!x.load(std::memory_order_acquire));
if(y.load(std::memory_order_acquire)) ++z;

thread-3:
while(!y.load(std::memory_order_acquire));
if(x.load(std::memory_order_acquire)) ++z;

由于顺序一致性中不存在全序，因此线程 2 可以看到线程 0 首先执行其操作，然后是线程 1，而线程 3 可以看到线程 1 首先执行其操作，然后是线程 0。这z==0可能是一个可能的结果。

如果有一个解释（比如使用四个 cpu，每个 cpu 运行上面的一个线程）以及硬件中会发生什么让我们看到这种重新排序，那将非常有帮助。它不一定是非常复杂的现实世界详细案例（如果这是理解它的唯一方法，也可以是这样）。只是像上面链接的答案所做的那样的近似值，加上有关缓存（或任何参与因素）的内容，我想它应该为我（可能还有许多其他人？）做这件事。

另一种是：

thread-0:
x.store(true,std::memory_order_relaxed);
y.store(true,std::memory_order_release);

thread-1:
while(!y.load(std::memory_order_acquire)); // <------ (1)
if(x.load(std::memory_order_relaxed)) ++z;

再次遵循规则，我可以理解这永远不会得到z==0（假设所有初始值都是 0）以及为什么更改(1)为relaxed可能会得到我们z==0。但它再次显得有点神奇，直到我能想到它是如何在物理上发生的。

因此，任何使用足够数量的处理器及其缓存等进行解释的帮助（或指针）都将是巨大的。