Einer der wichtigsten Bestandteile eines Prozessors ist der Zwischenspeicher, der auch Cache genannt wird. Wof\u00fcr ist er eigentlich zust\u00e4ndig und wie funktioniert er genau?<\/p>\n\n\n\n
In den Achtzigerjahren wurden Mikroprozessoren stets schneller, w\u00e4hrend die Speicherzugriffszeiten stagnierten und zus\u00e4tzliche Leistungssteigerungen behinderten. Deshalb musste etwas unternommen werden, um den Zugriff auf den Speicher zu beschleunigen und das gesamte System damit effizienter arbeiten zu lassen. Die Diskrepanz zwischen der Rechen- und der Speichergeschwindigkeit f\u00fchrte dann letzten Endes zur Entwicklung des Cache.<\/p>\n\n\n\n
Im Grunde genommen handelt es sich beim Cache um eine schnelle Speicherart. Er enth\u00e4lt einen kleinen Speicherbereich mit den Befehlen, die der Rechner h\u00f6chstwahrscheinlich als N\u00e4chstes ben\u00f6tigt, wenn er bestimmte Aufgaben ausf\u00fchren soll. Das System l\u00e4dt diese Informationen mithilfe komplexer Algorithmen in den Cache. Der Hauptzweck eines Cache-Systems besteht darin sicherzustellen, dass der Prozessor unmittelbaren und sofortigen Zugriff auf die ben\u00f6tigten Daten in der richtigen Reihenfolge hat.<\/p>\n\n\n\n
Um die Arbeitsweise zu verstehen, muss man zun\u00e4chst einmal wissen, dass PCs mit drei verschiedenen Speichertypen arbeiten: Den Anfang macht der prim\u00e4re Speicher in Form einer Festplatte (HDD) oder SSD (Solid State Disk). Hierbei handelt es sich um den Speicher mit der gr\u00f6\u00dften Kapazit\u00e4t. Dann kommt der Arbeitsspeicher (RAM), der zwar um einiges schneller, jedoch auch kleiner ist als der prim\u00e4re Speicher. Zu guter Letzt gibt es ebenfalls Speicher innerhalb des Prozessors \u2013 eben den Cache. Er ist der Speichertyp, der am schnellsten arbeitet.<\/p>\n\n\n\n
Sobald ein Programm startet, f\u00fchrt es eine Serie von Befehlen aus, die sich im Code der Software finden lassen. Diese Befehle l\u00e4dt das Programm zuerst in das RAM, von dort aus werden sie in die CPU transferiert. F\u00fcr eine bestm\u00f6gliche Ausf\u00fchrung dieser Befehle ben\u00f6tigt der Prozessor einen sehr flotten Speicher \u2013 genau hier kommt der Cache ins Spiel.<\/p>\n\n\n\n
Innerhalb des Prozessors existieren mit L1, L2 und L3 drei verschiedene Cache-Level. Einige Unternehmen feilen sogar bereits am Level-4-Cache. Der L1 ist der schnellste, aber auch der kleinste Zwischenspeicher. Dieser enth\u00e4lt die Daten, die die CPU braucht, um die ben\u00f6tigten Anweisungen auszuf\u00fchren. In der Regel ist er nur 256 Kilobyte gro\u00df. Allerdings gibt es auch einige Modelle mit bis zu einem Megabyte Kapazit\u00e4t. Der L1-Cache erf\u00fcllt einen doppelten Zweck, da er sowohl einen Befehls- als auch einen Daten- Cache enth\u00e4lt. Ersterer befasst sich mit den Operationen, die die CPU ausf\u00fchren muss. Letzterer stellt die Informationen dar\u00fcber bereit, wie der Prozess ausgef\u00fchrt werden muss.<\/p>\n\n\n\n
Die n\u00e4chste Stufe ist der L2-Cache, der etwas langsamer als der erste Cache arbeitet, daf\u00fcr aber mehr Informationen vorhalten kann. Er bietet in der Regel eine Kapazit\u00e4t von 256 Kilobyte bis zu 8 MB. Der L2 enth\u00e4lt die Daten, auf die der Prozessor mit hoher Gewissheit als N\u00e4chstes zugreifen muss.<\/p>\n\n\n\n
Den Abschluss bildet dann der L3-Cache. Dieser ist der gr\u00f6\u00dfte, aber im Vergleich auch langsamste der Speicher-Cache-Level und kann zwischen 4 und 50 MB an Daten speichern.<\/p>\n\n\n\n
Zur Funktionsweise: Sobald nun ein Programm startet, flie\u00dfen die Daten vom RAM in den L3-, danach in den L2- und letztendlich in den L1-Cache. W\u00e4hrend das Programm l\u00e4uft, holt sich die CPU die Informationen f\u00fcr ihre Arbeit zuerst aus dem L1-Cache. Von dort aus arbeitet sie sich stufenweise durch die Cache-Level. Wenn die CPU die ben\u00f6tigte Information findet, so nennt man dies im Fachjargon einen \u201eCache Hit\u201c. Ist die Information jedoch nicht innerhalb der Cache-Speicher vorhanden, passiert ein \u201eCache Miss\u201c. Als Folge davon muss der Computer an anderer Stelle nach den Daten suchen.<\/p>\n\n\n\n
Hier kommt nun die Latenz ins Spiel: Sie ist ein wichtiger Faktor, wenn es um die Effizienz eines PCs geht. Als Latenz wird diejenige Zeit bezeichnet, die vergeht, um eine Information abzurufen. Der L1-Cache ist der schnellste Zwischenspeicher. Er kann aus diesem Grund mit der geringsten Latenz aufwarten. Tritt allerdings ein Cache Miss auf, steigt die Latenz, weil der Prozessor die n\u00e4chsten Cache-Stufen durchsuchen muss, um seine Befehle zu finden.<\/p>\n\n\n\n
Aktuelle Rechner sind mit CPUs ausgestattet, die \u00fcberaus kleine Transistoren eingebaut haben. Das erlaubt mehr Platz auf der Chipfl\u00e4che sowie eine direkte Integration der Cache-Speicher darauf. Diese physische N\u00e4he zur CPU reduziert die Latenzzeit noch weiter.<\/p>\n\n\n\n
Obwohl der Cache nicht unbedingt eine Angabe ist, auf die der Computerverk\u00e4ufer Sie hinweist, sollten Sie ihr etwas Aufmerksamkeit schenken. Denn ein schneller Cache gew\u00e4hrleistet, dass Programme flotter laufen und das System insgesamt effizienter arbeitet. <\/p>\n\n\n\n