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Cache


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Cache bezeichnet in der EDV einen besonders schnellen Speicher der meist direkt auf dem Prozessor- Die integriert ist. In ihm werden Daten und Programminstruktionen zwischengelagert so dass diese einem Zugriff durch die CPU schnell zur Bearbeitung bereitstehen.

Den Namen verdankt der Cache der dass er als Teil des Steuerwerks im Verborgenen arbeitet. Nur selten spricht Programmierer den Cache explizit an etwa um zu leeren (Flush).

Wörtlich aus dem Englischen übersetzt bedeutet (gesprochen: kæʃ wie das Bargeld - cash aus dem französischen cacher - verbergen caché verborgen) soviel wie "geheimes Lager".

Das Funktionieren des Caches beruht auf so genannten Lokalitätseigenschaft .

Man unterscheidet Read-Only- (nur zum Lesen Read-Write- (zum Lesen und Verändern vorhalten) und (beim Verändern werden die Originale direkt erneuert). mehrstufige Verfahren (Second-Level-Cache) sind möglich. Dabei werden über mehrere Stufen durchgereicht bzw. vorgehalten. Meist der Cache im Vergleich zum Hauptspeicher sehr Auf die Elemente kann aber sehr schnell einfach zugegriffen werden. Der Zwischenspeicher wird zwischen entfernteren oder aufwändig erreichbaren oder langsameren Bereich einer (schnellen) Verarbeitungseinheit geschaltet und vermindert die Distanz zu den Verarbeitungsobjekten.

Man unterscheidet zwischen Hardwarecaches und Softwarecaches.

Alle Hardwarecaches gehören zu den assoziativen Speichern und sind damit inhaltsadressierbar. Während frühere Abbilder einzelner Speicherzellen bildeten sind neuere Caches bzw. paged . Dies bedeutet daß wenn der Prozessor einen externen Speicherblock zugreift wird dieser während Lesens zusätzlich in den Cache kopiert um wiederholtem Zugriff besonders schnell zur Verfügung zu Hierbei vergleicht die Cachelogik eine anliegende Adresse mit den Adressen (Indizes) der gecachten und bei einem Treffer ( match ) wird anstelle eines externen Speicherzugriffs der des Caches aktiviert. Dasselbe gilt auch beim Wird eine bestimmte Speicherzelle oft geschrieben wird nur der Inhalt des Caches verändert und zu einem günstigen Zeitpunkt (etwa wenn gerade Leseoperation auf den Cache stattfindet und der Speicher entlastet ist) der Inhalt des Caches den externen Speicher kopiert. Dies kann die erheblich verschnellern.

Cache-Techniken werden auch von Anwenderprogrammen wie Webbrowsern angeboten welche zum Beispiel aus dem geladene Bilder oder Webseiten in einem Cache können so daß diese bei einem erneuten nicht noch einmal über die langsamere Verbindung dem Web geholt werden müssen. Das wäre Beispiel für einen Softwarecache eine Software ein Computerprogramm der Webbrowser welcher sich eines Speichers bedient z.B. einer Festplatte oder das RAM um Daten zwischenzulagern.

Für eine korrekte Verarbeitung der zwischengespeicherten bedarf es ausgeklügelter Cache-Algorithmen zur Verwaltung des Diese stellen die notwendige Korrespondenz zwischen den und den Originalen her. Einerseits müssen nicht Cache vorhandene aber dennoch angeforderte Elemente aus Originalbereich nachgeladen werden und es müssen im von Änderungen diese auf jeden Fall aus Cache in die Originale übertragen werden. Möglicherweise oder müssen Elemente die selten oder gar angefordert werden aus dem Cache entfernt werden nur ein Teil der Gesamtmenge vorgehalten kann.

Die Einrichtung eines Cache bietet Vorteile der Annahme dass der erreichbare Performancegewinn den für das Kopien/Original-Update-Management übertrifft - etwa bei und wiederholten Zugriffen. Dieser Vorteil schwindet naturgemäß mehr Elemente zwischengespeichert werden.

Im Cache liegende Daten lassen sich einer bestimmten Menge von Büchern oder Unterlagen einem Schreibtisch vergleichen die dort für die Erledigung bestimmten Arbeit griffbereit liegen (vielleicht auch in Nach einer entsprechenden Erledigung wandern diese Dinge zurück in ein Regal oder in einen in einem anderen Zimmer stehenden Aktenschrank.

Die Größe und die Stufung des kann bei Prozessoren ( CPUs ) die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Daten beeinflussen. Aktuelle verfügen über zwei bis drei Cache-Stufen:

Der Level-1-Cache hält die aktuellen Adressen und Zwischenergebnisse auf Vorrat damit diese nicht aus "entfernterem" Speicher aufgerufen werden müssen. Dieser liegt stets direkt im Prozessorkern und hat der Regel eine Größe von 8 bis kB .

Der Level-2-Cache puffert größere aktuell zu Datenbestände auch unter Umständen ganze Programmabschnitte. In günstigsten Anordnung liegt dieser Cache wie der auf dem Prozessorchip (on- Die ) und wird mit der vollen Prozessortaktrate Liegt der L2-Cache außerhalb der CPU also auf einer "entfernteren" Platine so muss die in der Regel halbiert werden. Der L2-Cache in der Regel zwischen 512 und 2048 groß.

Insbesondere wenn der L2-Cache on- Die vorliegt kann eine weitere Stufe der noch einmal eine Beschleunigung des Speicherzugriffs bedeuten.

Stufung des Datenzugriffs im Computer

...sortiert von schnell nach "langsam":
  • 1. die Daten liegen in einem Register Prozessors
  • 2. die Daten liegen im Level-1-Cache des
  • 3. die Daten liegen im Level-2-Cache
    • a) on-Die
    • b) nicht on-Die auf einer "entfernteren"
  • 4. die Daten liegen im Level-3-Cache (nicht
  • 5. die Daten müssen aus dem regulären gelesen werden
  • 6. die Daten müssen extern gelesen werden z.B. der Festplatte )
    • a) die Daten liegen in einem (Speicher in der Ansteuerungselektonik ( Controller oder im Laufwerksgehäuse)
    • b) die Daten werden magnetisch/optisch gelesen
  • 7. die Daten müssen noch (z.B. per Scanner oder Tastatur ) eingegeben werden.



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