Kas yra bloknotų atmintis?

Prieiga prie duomenų yra svarbi procesoriaus dizaino dalis. CPU veikia itin dideliu greičiu, kiekvieną laikrodžio ciklą apdoroja kelias instrukcijas, todėl jiems reikia prieigos prie daug duomenų. Didžioji šių duomenų dalis yra saugoma laikmenose. Tačiau saugojimo įrenginiai yra neįtikėtinai lėti, palyginti su procesoriumi. Saugyklos įrenginiai taip pat žymiai geriau nuskaito nuosekliai nei atsitiktinai, nors SSD šiuo atžvilgiu (ir daugeliu kitų) yra žymiai geresnis nei HDD.

Sistemos RAM skirta įkelti visus duomenis, kurių gali prireikti CPU šiuo metu veikiančiai programinei įrangai. RAM turi žymiai mažesnį delsą nei saugykla, ji taip pat specialiai pritaikyta, kad būtų didelis atsitiktinio skaitymo našumas. Nepaisant to, kad šiuolaikinė RAM yra greita, tai vis tiek yra niekis, palyginti su procesoriumi, kurio delsa siekia 400 laikrodžio ciklų.

Siekiant dar labiau sumažinti delsą, dauguma šiuolaikinių procesorių turi talpyklos atminties pakopas. Paprastai jie vadinami L1, L2 ir L3 talpyklomis. L1 yra tikrai didelės spartos, paprastai norint pasiekti reikia maždaug 5 laikrodžio ciklus. L2 yra šiek tiek lėtesnis, maždaug 20 ciklų. L3 yra dar lėtesnis, maždaug 200 ciklų. Nors L1 yra neįtikėtinai greitas, jis taip pat yra mažas. Didelė jo greičio dalis atsiranda dėl to, kad mažesnėse talpyklose paieška užima mažiau laiko. L2 yra didesnis nei L1, bet mažesnis nei L3, kuris vis dar yra mažesnis nei sistemos RAM. Norint gauti didelio našumo procesorių, labai svarbu gerai subalansuoti šių talpyklų dydį. Talpyklos pataikymo koeficientai yra svarbūs, tačiau reikia subalansuoti įvykių skaičių ir per kiek laiko reikia pasiekti tą įvykį, taigi ir pakopos.

Bloknotėlio atmintis

Atminkite, kad bloknoto atmintis netelpa į tradicinę atminties hierarchiją. Taip yra todėl, kad jis nenaudojamas daugumoje vartotojų procesorių. Bloknotėlio atmintis sukurta taip, kaip būtų naudojama realiame gyvenime. Užsirašykite laikiną informaciją, kurią turite atsiminti, bet kurios iš tikrųjų nereikia pateikti. Didžiąją laiko dalį procesorius apdoroja duomenis, o tada tuoj pat reikia rezultato. Jis gali nukopijuoti jį į atmintį, tačiau norint jį greitai pasiekti, jis taip pat turėtų būti talpykloje.

Bloknotėlio atmintis iš esmės užpildo tą patį spragą kaip ir L1 talpykla. Jis pasiekiamas kuo greičiau, dažnai vienženkliais ciklo skaičiais. Norint tai valdyti, jis taip pat yra palyginti mažas. Tačiau yra du pagrindiniai skirtumai tarp L1 ir bloknoto atminties. Pirma, bloknoto atmintis yra adresuojama tiesiogiai. Antra, jis dalijamas tarp visų branduolių ir procesorių.

Skirtumai tarp talpyklos ir bloknoto

CPU talpykla iš esmės yra skaidri CPU, ji negali sąmoningai įdėti duomenų ir negali būti užprogramuotas jos turinio. Vietoj to, centrinis procesorius tiesiog prašo duomenų iš RAM ir atgauna juos greičiau, kartais žymiai greičiau, nei būtų galima tikėtis. Leidžiant bloknotą adresuoti reiškia, kad kodas gali tiksliai nurodyti, kokie duomenys turi būti bloknote. Tai gali būti naudinga, nors šiuolaikiniai talpyklos algoritmai yra puikūs, kai tikimasi 95–97 % pataikymo dažnio esant standartiniam darbo krūviui.

L1 talpykla visada užrakinta prie atskiro apdorojimo branduolio. Joks kitas apdorojimo branduolys negali jo pasiekti. Tai reiškia, kad jei keliems branduoliams reikia tų pačių duomenų, jie gali dubliuoti juos atitinkamose L1 talpyklose. Kai kuriose procesoriaus architektūrose L2 yra vienam branduoliui, kitose jį dalijasi nedidelis skaičius arba net visi branduoliai. L3 paprastai dalijasi visi branduoliai. Talpyklos bendrinimas tarp branduolių leidžia dviem ar daugiau branduolių pasiekti tuos pačius duomenis jų nedubliuojant. Tai taip pat leidžia vienam branduoliui išnaudoti daugiau nei reikia, kai jam reikia, o talpykloje yra vietos.

Scratchpad veikia panašiai kaip L1 pagal greitį ir talpą, tačiau jis dalijamas visiems branduoliams. Tai leidžia labai greitai pasiekti konkrečius duomenis, atliekamus kelių gijų darbo krūvyje. „Scratchpad“ atmintis netgi gali būti dalijama tarp skirtingų centrinių procesorių kelių lizdų pagrindinėse plokštėse.

Vienas trūkumas, kurį turi bloknoto atmintis, yra tai, kad ja gali būti per daug pasitikima. Turėdama galimybę tiesiogiai ją pasiekti, programinė įranga gali priklausyti nuo jos buvimo tam tikru kiekiu. Tokiu atveju jis negalėtų veikti CPU be tiek bloknoto atminties. Talpyklos pakopos tiesiog nepatiria šios problemos, todėl yra geriau pritaikytos bendram naudojimui.

Naudojimo atvejai

Scratchpad atmintis dažniausiai randama kelių lizdų serverių sistemose, skirtose HPC (High-Performance Computing). Dėl greičio ir bendros prieigos derinio jis naudingas atliekant labai lygiagrečius darbo krūvius.

Scratchpad atmintis taip pat naudojama daug mažesniuose procesoriuose. Įterptieji procesoriai, dažnai MPSoC. Įdėtasis procesorius dažnai yra palyginti mažos galios ir specializuojasi konkrečiai užduočiai atlikti. Ši specializacija dažnai pateikiama aparatinės įrangos optimizavime. Kelių procesorių sistemoje lustoje, ypač bendrai naudojama didelės spartos atmintis, gali žymiai pagerinti kelių skirtingų procesorių delsą. Tokie procesoriai dažnai būna labai fiksuoto dizaino. Pavyzdžiui, žaidimų pultuose jau daug optimizuota aparatinės įrangos konstrukcija, todėl galima tinkamai išnaudoti tokias funkcijas, nesijaudinant dėl ​​suderinamumo atgal arba į priekį.

Išvada

Bloknotėlio atmintis yra panaši į L1 talpyklą, tačiau turi daug skirtumų, kurie keičia jos naudojimo atvejus. Vietoj to, kad ji būtų talpykla, ji yra tiesiogiai adresuojama, todėl duomenis galima priskirti ypač didelės spartos atminčiai. Jis taip pat yra bendrinamas tarp visų procesoriaus branduolių ir procesorių, todėl jis ypač naudingas esant dideliam kelių gijų darbo krūviui.