Über Cache-Speicher: Definition, Typen, Leistung

Cache-Speicher

Definition

Was ist ein Cache-Speicher? Der Cache-Speicher ist eine chipbasierte Computerkomponente. Er kann dafür sorgen, dass die Daten effizienter aus dem Speicher des Computers abgerufen werden können. Er dient als temporärer Speicherbereich, in dem Computerprozessoren leicht Daten abrufen können, und er kann als Puffer zwischen RAM und CPU dienen.

Was ist der Zweck des Cache-Speichers? Er kann zur Beschleunigung und Synchronisierung mit der Hochgeschwindigkeits-CPU verwendet werden. Er speichert häufig angeforderte Daten und Anweisungen, so dass sie bei Bedarf sofort von der CPU genutzt werden können. Der Cache-Speicher ist teurer als der Hauptspeicher oder der Festplattenspeicher, aber weniger teuer als die CPU-Register.

Typen

Traditionell wurde der Typ des Cache-Speichers als „Ebene“ klassifiziert, um seine Nähe und Zugänglichkeit zum Mikroprozessor zu beschreiben. Die Ebenen des Cache-Speichers sind wie folgt:

Ebene 1: Ebene 1 Cache ist der primäre Cache, der sehr schnell, aber relativ klein ist. Er ist normalerweise als CPU-Cache in den Prozessorchip eingebettet.

Ebene 2: Ebene 2 Cache ist der sekundäre Cache, der in der Regel größer ist als Ebene 1 Cache. Der L2-Cache kann in die CPU eingebettet sein oder sich in einem separaten Chip oder Coprozessor befinden und verfügt über einen Hochgeschwindigkeits-Standby-Systembus, der den Cache und die CPU miteinander verbindet.

Ebene 3: Ebene 3 Cache ist der spezialisierte Speicher, der die Leistung von Ebene 1 und Ebene 2 verbessern soll. Obwohl der L3-Cache in der Regel doppelt so schnell ist wie DRAM, kann der L1- oder L2-Cache viel schneller sein als der L3-Cache. Bei Multi-Core-Prozessoren kann jeder Kern über dedizierte L1- und L2-Caches verfügen, aber sie können sich auch L3-Caches teilen.

Früher wurden L1-, L2- und L3-Caches mit einer Kombination aus Prozessor- und Motherboard-Komponenten erstellt. Jetzt geht der Trend dahin, alle drei Ebenen des Speichercaches in die CPU selbst zu integrieren. Vielleicht interessiert Sie auch dieser Artikel – Wie Sie ein Motherboard für Ihren PC auswählen.

Mapping

Für den Cache-Speicher werden die folgenden drei Mapping-Typen verwendet: direktes Mapping, assoziatives Mapping und set-assoziatives Mapping. Die Details lauten wie folgt:

Direktes Mapping: Die einfachste Technik ist das direkte Mapping. Sie ordnet jeden Block des Hauptspeichers nur einer möglichen Cache-Zeile zu. Oder Sie ordnen beim direkten Mapping jeden Speicherblock einer bestimmten Zeile im Cache zu.

Wenn ein Speicherblock zuvor eine Zeile belegte, wenn ein neuer Block geladen werden muss, wird der alte Block verworfen. Der Adressraum ist in zwei Teile unterteilt: das Indexfeld und das Etikettenfeld.

Assoziatives Mapping: Bei dieser Art des Mappings wird ein assoziativer Speicher verwendet, um die Inhalte und Adressen von Speicherwörtern zu speichern. Jeder Block kann in eine beliebige Zeile des Cache gelangen. Das bedeutet, dass das Wort-ID-Bit verwendet wird, um zu identifizieren, welches Wort in dem Block benötigt wird, aber das Label wird zu allen übrigen Bits.

Dadurch ist es möglich, jedes Wort an jeder beliebigen Stelle im Cache zu platzieren. Sie gilt als die schnellste und flexibelste Form des Mappings.

Set-assoziatives Mapping: Diese Mapping-Form ist eine erweiterte Form des direkten Mappings, welche die Nachteile des direkten Mappings beseitigt. Die Set-Assoziation löst das Problem des möglichen Zittern (Jitters) bei direkten Mapping-Methoden.

Dies geschieht dadurch, dass statt genau einer Zeile ein Block im Cache gemappt werden kann, wir eine Gruppe von mehreren Zeilen zusammen erstellen, um dieses Set auszuführen. Ein Block im Speicher kann dann einer beliebigen Zeile einer bestimmten Sammlung zugeordnet werden.

Leistung

Wenn der Prozessor eine Stelle im Hauptspeicher lesen oder beschreiben muss, sucht er zunächst nach einem entsprechenden Eintrag im Cache. Die Leistung des Cache-Speichers wird normalerweise in einem Wert gemessen, der als Trefferquote bezeichnet wird. Sie können größere Cache-Blöcke, höhere Assoziativität und geringere Trefferraten verwenden. Verbessern Sie die Cache-Leistung, indem Sie die Kosten für Fehltreffer reduzieren und die Zeit bis zum Erreichen des Caches verringern.

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Schlussworte

Ich möchte Ihnen in diesem Artikel einige Informationen über den Cache-Speicher vermitteln. Sie haben die Definition, die Typen und den Nutzen des Cache-Speichers kennengelernt. Außerdem erfahren Sie in diesem Artikel mehr über die Leistung des Cache-Speichers und seine Zuordnung.