Scratchpad memory

Введение

Скретчпад память (SPM), также известный как скретчпад, скретчпад RAM или локальный хранилище в компьютерной терминологии, является внутренней памятью, обычно высокой скорости, используется для временного хранения вычислений, данных и других текущих работ. Ссылаясь на микропроцессор (или CPU), скретчпад относится к специальной высокоскоростной памяти, используемой для хранения небольших элементов данных для быстрого извлечения. Это похоже на использование и размер скретчпада в жизни: блокнот для предварительных заметок или эскизов или записей и т. д. Когда скретчпад является скрытой частью основной памяти, его иногда называют хранилищем bump. В некоторых системах его можно считать похожим на кэш L1, поскольку это ближайшая память к ALU после регистра процессора, с ясными инструкциями для перемещения данных в и из основной памяти, часто используя передачу данных на основе DMA. В отличие от системы, использующей кэш, система со скретчпадами является системой с неравномерными задержками доступа к памяти (NUMA), потому что задержки доступа к памяти для разных скретчпадов и основной памяти варьируются. Еще одно отличие от системы, использующей кэширование, заключается в том, что скретчпад обычно не содержит копии данных, которые также хранятся в основной памяти. Скретчпады используются для упрощения логики кэширования и для обеспечения возможности работы устройства без конфликта с основной памятью в системе, использующей несколько процессоров, особенно в многопроцессорной системе на чипе для встроенных систем. Они в основном подходят для хранения временных результатов (как это было бы найдено в стеке процессора), которые обычно не должны всегда быть связаны с основной памятью; однако, когда их питает DMA, они также могут использоваться вместо кэша для отражения состояния более медленной основной памяти. Те же самые вопросы локальности ссылки применяются в отношении эффективности использования; хотя некоторые системы позволяют шаговой DMA получать доступ к прямоугольным наборам данных. Еще одно отличие заключается в том, что скретчпадами явно манипулируют приложения. Они могут быть полезны для приложений в режиме реального времени, где предсказуемое время затруднено поведением кэша. Скретчпады не используются в основных настольных процессорах, где требуется общность для запуска устаревшего программного обеспечения из поколения в поколение, в котором размер доступной памяти на чипе может меняться. Они лучше реализуются в встроенных системах, процессорах специального назначения и игровых консолях, где чипы часто производятся как MPSoC, и где программное обеспечение часто настроено на одну конфигурацию оборудования.

Scratchpad memory (SPM), also known as scratchpad, scratchpad RAM or local store in computer terminology, is an internal memory, usually high speed, used for temporary storage of calculations, data, and other work in progress. In reference to a microprocessor (or CPU), scratchpad refers to a special high speed memory used to hold small items of data for rapid retrieval. It is similar to the usage and size of a scratchpad in life: a pad of paper for preliminary notes or sketches or writings, etc. When the scratchpad is a hidden portion of the main memory then it is sometimes referred to as bump storage. In some systems it can be considered similar to the L1 cache in that it is the next closest memory to the ALU after the processor registers, with explicit instructions to move data to and from main memory, often using DMA based data transfer. In contrast to a system that uses caches, a system with scratchpads is a system with non uniform memory access (NUMA) latencies, because the memory access latencies to the different scratchpads and the main memory vary. Another difference from a system that employs caches is that a scratchpad commonly does not contain a copy of data that is also stored in the main memory. Scratchpads are employed for simplification of caching logic, and to guarantee a unit can work without main memory contention in a system employing multiple processors, especially in multiprocessor system on chip for embedded systems. They are mostly suited for storing temporary results (as it would be found in the CPU stack) that typically wouldn't need to always be committing to the main memory; however when fed by DMA, they can also be used in place of a cache for mirroring the state of slower main memory. The same issues of locality of reference apply in relation to efficiency of use; although some systems allow strided DMA to access rectangular data sets. Another difference is that scratchpads are explicitly manipulated by applications. They may be useful for realtime applications, where predictable timing is hindered by cache behavior. Scratchpads are not used in mainstream desktop processors where generality is required for legacy software to run from generation to generation, in which the available on chip memory size may change. They are better implemented in embedded systems, special purpose processors and game consoles, where chips are often manufactured as MPSoC, and where software is often tuned to one hardware configuration.

Контроль кэша против скретчпадов

Некоторые архитектуры, такие как PowerPC, пытаются избежать необходимости блокировки кэш-линии или скретчпадов с помощью инструкций управления кэшем. Отмечая область памяти "Блок кэша данных: нуль" (присвоение строки, но настройка ее содержимого на нуль вместо загрузки из основной памяти) и отбрасывание после использования ("Блок кэша данных: недействительный", сигнализирующий о том, что основная память не получила никаких обновленных данных), кэш ведет себя как скретчпад. Общественность сохраняется в том, что это подсказки, и базовое оборудование будет работать правильно независимо от фактического размера кэша.