Çfarë është memoria Scratchpad?

Qasja e të dhënave është një pjesë kritike e dizajnit të CPU. CPU-të funksionojnë me shpejtësi jashtëzakonisht të larta, duke përpunuar udhëzime të shumta në çdo cikël orësh dhe kështu kanë nevojë për akses në shumë të dhëna. Shumica dërrmuese e atyre të dhënave ruhen në median e ruajtjes. Sidoqoftë, pajisjet e ruajtjes janë jashtëzakonisht të ngadalta në krahasim me një CPU. Pajisjet e ruajtjes janë gjithashtu dukshëm më të mira në leximet sekuenciale sesa në leximet e rastësishme, megjithëse SSD-të ofrojnë një përmirësim të dukshëm në këtë drejtim (dhe shumë të tjera) në krahasim me HDD-të.

RAM-i i sistemit është projektuar për t'u ngarkuar me të gjitha të dhënat që mund t'i nevojiten CPU-së për softuerin që funksionon aktualisht. RAM-i ka një vonesë dukshëm më të ulët sesa ruajtja, ai gjithashtu është përshtatur posaçërisht për të pasur performancë të lartë të leximit të rastësishëm. Megjithatë, për aq sa RAM-i modern është i shpejtë, nuk është ende asgjë në krahasim me CPU-në me vonesa në rendin e 400 cikleve të orës.

Për të reduktuar më tej vonesën, shumica e CPU-ve moderne përfshijnë nivele të memories cache. Në mënyrë tipike, këto referohen si cache L1, L2 dhe L3. L1 është me të vërtetë shpejtësi e lartë, zakonisht merr rendin e 5 cikleve të orës për të hyrë. L2 është pak më i ngadalshëm, në rendin e 20 cikleve. L3 është edhe më i ngadalshëm në rreth 200 cikle. Ndërsa L1 është tepër i shpejtë, është gjithashtu i vogël. Pjesa më e madhe e shpejtësisë së tij vjen nga fakti se cache më të vogla kërkojnë më pak kohë për të kërkuar. L2 është më i madh se L1 por më i vogël se L3 që është akoma më i vogël se RAM-i i sistemit. Balancimi i mirë i madhësisë së këtyre cache-ve është kritik për marrjen e një CPU me performancë të lartë. Raportet e goditjeve të cache janë të rëndësishme, por ju duhet të balanconi numrin e goditjeve me sa kohë duhet për të marrë atë goditje, pra nivelet.

Kujtesa e gërvishtjes

Vini re se memoria e gërvishtjeve nuk përshtatet në hierarkinë tradicionale të kujtesës. Kjo për shkak se nuk përdoret në shumicën e CPU-ve të konsumatorit. Kujtesa e gërvishtjes është krijuar për t'u përdorur si një tastierë gërvishtëse në jetën reale. Ju shënoni informacione të përkohshme që duhet t'i mbani mend, por nuk keni nevojë t'i fshini. Pjesa më e madhe e kohës një CPU përpunon të dhëna dhe më pas ka nevojë për atë rezultat përsëri menjëherë. Mund ta kopjojë atë në memorie, por për të qenë në gjendje ta aksesojë shpejt, duhet ta mbajë gjithashtu në cache.

Kujtesa Scratchpad në thelb plotëson të njëjtin boshllëk si cache L1. Është i arritshëm sa më shpejt që të jetë e mundur, shpesh në numërimin e cikleve njëshifrore. Për ta menaxhuar këtë, është gjithashtu relativisht i vogël. Sidoqoftë, ekzistojnë dy dallime kryesore midis kujtesës L1 dhe scratchpad. Së pari, memoria scratchpad është drejtpërdrejt e adresueshme. Së dyti, ndahet midis të gjitha bërthamave dhe procesorëve.

Dallimet midis cache dhe scratchpad

Cache e CPU-së është në thelb transparente për CPU-në, nuk mund të vendosë qëllimisht të dhëna atje dhe përmbajtja e saj nuk mund të programohet. Në vend të kësaj, CPU thjesht kërkon të dhëna nga RAM dhe ndodh që t'i kthejë ato më shpejt, ndonjëherë dukshëm më shpejt se sa mund të pritej. Të lejosh që tastieri gërvishtës të jetë i adresueshëm do të thotë që kodi mund të specifikojë saktësisht se cilat të dhëna duhet të jenë në tastierën gërvishtëse. Kjo mund të jetë e dobishme, megjithëse algoritmet moderne të ruajtjes në memorie janë të shkëlqyera me norma goditjesh prej 95-97% që priten në ngarkesat standarde të punës.

Cache L1 është gjithmonë e kyçur në një bërthamë individuale përpunimi. Asnjë bërthamë tjetër përpunuese nuk mund të hyjë në të. Kjo do të thotë që nëse bërthama të shumta kanë nevojë për të njëjtat të dhëna, ata mund t'i kopjojnë ato në memoriet e tyre përkatëse L1. Në disa arkitektura CPU, L2 është për bërthamë, në të tjera ndahet nga një numër i vogël apo edhe nga të gjitha bërthamat. L3 priret të ndahet nga të gjitha bërthamat. Ndarja e cache midis bërthamave lejon dy ose më shumë bërthama të kenë akses në të njëjtat të dhëna pa i dubluar ato. Ai gjithashtu lejon që një bërthamë të përdorë më shumë sesa pjesa e tij e drejtë kur ka nevojë dhe cache ka hapësirën.

Scratchpad vepron në mënyrë të ngjashme me L1 për sa i përket shpejtësisë dhe kapacitetit, por ndahet midis të gjitha bërthamave. Kjo lejon qasje shumë të shpejtë në të dhëna specifike që operohen në një ngarkesë pune me shumë fije. Kujtesa Scratchpad madje mund të ndahet midis CPU-ve të veçanta në pllakat amë me shumë fole.

Një disavantazh që ka memoria scratchpad është se mund të mbështetet shumë në të. Duke qenë në gjendje t'i qaset drejtpërdrejt, softueri mund të mbështetet në praninë e tij në sasi të caktuara. Në këtë rast, atëherë nuk do të ishte në gjendje të funksiononte në CPU pa aq shumë memorie gërvishtëse. Nivelet e memories thjesht nuk vuajnë nga ky problem dhe kështu janë më të përshtatshme për përdorim të përgjithshëm.

Raste te perdorimit

Kujtesa Scratchpad gjendet më shpesh në sistemet e serverëve me shumë fole të dizajnuara për HPC (High-Performance Computing). Atje, kombinimi i shpejtësisë dhe aksesit të përbashkët e bën atë të dobishëm për ngarkesa shumë paralele të punës.

Kujtesa Scratchpad përdoret gjithashtu në procesorë shumë më të vegjël. Procesorë të integruar, shpesh MPSoC. Një procesor i integruar është shpesh me fuqi relativisht të ulët dhe i specializuar për një detyrë specifike. Ky specializim shpesh përfaqësohet në optimizimet e harduerit. Sidomos në një sistem me shumë procesorë në një çip, memoria e përbashkët me shpejtësi të lartë mund të sigurojë përmirësime të konsiderueshme të vonesës për shumë procesorë të ndryshëm. Këto lloje të CPU-ve shpesh janë shumë fikse në dizajn. Konsolat e lojërave, për shembull, tashmë shohin shumë optimizime për dizajnin e harduerit dhe kështu mund t'i përdorin mirë këto veçori pa pasur nevojë të shqetësohen për pajtueshmërinë prapa ose përpara.

konkluzioni

Kujtesa Scratchpad është e ngjashme me cache L1, por ka një sërë dallimesh që ndryshojnë rastet e përdorimit të saj. Në vend që të jetë një cache, ajo mund të adresohet drejtpërdrejt duke lejuar që të dhënat të caktohen në mënyrë specifike në memorie veçanërisht me shpejtësi të lartë. Është gjithashtu i ndarë midis të gjitha bërthamave dhe procesorëve të procesorit, duke e bërë atë veçanërisht të dobishëm në ngarkesat e punës me shumë fije.