Ihr Computer legt Anweisungen und Daten im Cache ab, um die Effizienz zu verbessern.
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Ein Cache, ein Hochgeschwindigkeits-Datenspeichergerät, ist der Ort, an dem ein Mikroprozessor die Daten speichert, die er am häufigsten verwendet. So wie Sie beim Essen Ihre Küchenutensilien auf den Küchentisch stellen, speichert ein Computer die Daten, die er für eine bestimmte Anwendung benötigt, in seinem Cache. Wenn eine neue Anwendung entsteht, die eine starke Nutzung unterschiedlicher Daten erfordert, überträgt ein Mikroprozessor neue Daten in den Cache-Speicher, damit er die Aufgaben, die diese Daten erfordern, effizienter ausführen kann.
Computerspeicherhierarchie
Der Computerspeicher ist hierarchisch aufgebaut. Jedes Modul der Hierarchie wird danach kategorisiert, wie lange es dauert, auf Daten von einem bestimmten Speichermodultyp zuzugreifen. Ein Mikroprozessor benötigt am wenigsten Zeit, um auf Daten aus dem Cache-Speicher zuzugreifen. Der Hauptspeicher, der meist aus DRAM-Speicherchips besteht, benötigt mehr Zeit für den Zugriff auf Daten als der Cache-Speicher. Flash-Speicher, der aus Flash-Speicherchips besteht, benötigen sogar noch länger, während Daten auf einem Festplattenlaufwerk, oft auch virtueller Speicher genannt, am längsten von allen benötigen.
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Ausführung mit Prozessorgeschwindigkeit
Die Taktrate eines Prozessors bestimmt die maximale Rate, mit der Prozessoren Anweisungen ausführen können. Da Cache-Speicherchips darauf ausgelegt sind, Anweisungen oder Daten so schnell zu liefern, wie der Mikroprozessor sie nutzen kann, können Mikroprozessoren mit voller Geschwindigkeit laufen. Befinden sich die Anweisungen und Daten im Cache und nicht im Hauptspeicher oder Festplattenspeicher, kann der Prozessor mit der maximal angegebenen Prozessortaktgeschwindigkeit arbeiten.
Speicherverwaltungsalgorithmen
Alle Computer verwenden Speicherverwaltungsalgorithmen, die Daten und Anweisungen so speichern, dass auf die am häufigsten verwendeten Daten und Anweisungen schnellstmöglich zugegriffen werden kann. Wenn ein Computer über einen Cache-Speicher verfügt, legt der Mikroprozessor die Daten und Anweisungen, die er am häufigsten abruft, im Hochgeschwindigkeits-Cache-Speicher ab. Der Speicher-Cache-Algorithmus des Mikroprozessors markiert Daten und Anweisungen mit Datenbits, anhand derer er ermittelt, welche Daten und Anweisungen am häufigsten verwendet werden. Der Cache-Algorithmus überträgt auch Daten und Anweisungen aus dem Cache, die nicht mehr stark beansprucht werden, in einen langsameren Hauptspeicher.
Größe des Caches
Die Größe des Hochgeschwindigkeits-Cache-Speichers ist ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung, um wie viel sich die Geschwindigkeit des Computers erhöht. Da sie in ihren Hochgeschwindigkeitsspeichern viel mehr Daten speichern können, verbessern sehr große Caches die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Computers viel stärker als kleinere Caches. Es gibt jedoch einen Punkt, an dem die Erträge sinken: Irgendwann bietet der größere Cache keinen Gewinn mehr an Verarbeitungsgeschwindigkeit, der den hohen Preis eines größeren Cache-Speichers ausgleicht.
