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Speicher - Cache
 

Schneller, flüchtiger Schreib-/Lesespeicher

Der Cache-Speicher ist ein sehr schneller Puffer-Speicher, welcher zwischen dem Prozessor und dem Arbeitsspeicher (RAM) liegt. Er dient als "Zwischenstation" und empfängt Daten von der CPU, welche er anschliessend ins RAM schreibt. Damit die CPU nicht jedesmal auf das langsamere RAM zugreifen muss, speichert der Cache die Daten und gibt sie bei Bedarf wieder an die CPU. Erst wenn eine neue Adresse adressiert werden muss, muss die CPU wieder auf das RAM zugreifen. Der Cache empfängt die Daten im BURST-Mode, was bewirkt. dass die Daten nicht einzeln, sondern in 64-Bit-grossen Blöcken geliefert werden.

Grundsätzlich werden 3 Arten von Cache unterschieden:

First Level Cache

Der L1-Cache, wie er auch genannt wird, ist der schnellste Cache-Speicher und ist seit der 80486-DX CPU direkt im Prozessor eingebaut. In diesem Cache-Speicher werden Befehle und Daten und zwischengespeichert. Je schneller die CPU ist, umso schneller ist auch der Cache-Speicher, da er mit der gleichen Taktfrequenz wie die CPU angesprochen wird. Dafür ist jedoch nur 64 KB gross.

Second Level Cache

Der L2-Cache, wie er auch genannt wird, befindet sich ausserhalb der CPU und ist der eigentliche Cache-Speicher. Er ist seit dem Pentium pro-Prozessor integriert. Er kann bis zu 2 MB gross sein und wird von der Northbridge des Chipsatzes gesteuert. Bei den heutigen Prozessoren ist jedoch der L2-Cache meistens 512 KB gross und wird, im Gegensatz zu den früheren PII-Prozessoren, ebenfalls mit der vollen Taktfrequenz des Prozessors angesprochen. Der L2-Cache ist für das Zwischenspeichern der Daten zwischen CPU / RAM verantwortlich. Auch der L2-Cache empfängt die Daten im Burst-Mode.

Third Level Cache

Der Third-Level-Cache wird von AMD bei den Prozessoren K6-3 verwendet. Er kann bis zu 2 MB gross sein und liegt auch ausserhalb des Prozessors.



Im Zusammenhang mit dem Cache-Speicher treten häufig noch folgende Begriffe auf:

Cache-Hit

Wenn die CPU Daten benötigt, holt sie diese via Cache-Controller im Cache. Sind die Daten noch vorhanden, so bezeichnet man dies als Cache-Hit.

Cache-Miss

Wenn nun die benötigten Daten nicht mehr im Cache stehen, muss die CPU auf die langsamen RAM-Bausteine zurückgreifen. Dies wird dann als Cache-Miss bezeichnet.

Tag-Ram

Ist das Inhaltsverzeichnis des gesamten Cache. In ihm sind die Adressen aller Cache-Lines gespeichert.

Dirty Data

Daten, die im Cache bereits mit neuen Daten überschrieben worden sind, aber im RAM noch nicht aktualisiert worden sind.

Stale Data

Daten, die sich im RAM geändert haben, aber noch keine aktuelle Kopie im Cache angefertigt haben.

Write Through

Cache-Verfahren, bei dem der 2nd-Level-Cache die Daten sofort ins RAM schreibt. Die CPU muss somit warten, bis der Cache mit dem Schreiben fertig ist.

Write Back

Der 2nd-Level-Cache meldet der CPU sofort die Bestätigung des Schreibens ins RAM, obwohl dies noch nicht geschehen ist. Der Cache bestimmt den Zeitpunkt des Schreibens selbst. So entsteht ein Zeitgewinn für die CPU.

Pipelined Burst Cache

Gleich wie Write-Back. Jedoch werden schon die neuen Adressen übermittelt, während die vorangegangenen Daten noch gar nicht von der CPU eingelesen wurden.



 

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