Arbeitsspeicher ist (im Vergleich zum Prozessor) langsam

Ohne Cache müsste die CPU ständig auf den Arbeitsspeicher warten

Cache enthält einen Teil der Daten aus dem Arbeitsspeicher – und zwar den, auf dem die CPU aktuell arbeitet

zeitliche und örtliche Lokalität

Bei Lesezugriff wird geprüft ob Datum im Cache

JA: Datum kann direkt aus Cache zurückgegeben werden

NEIN: Datum muss (langsam) aus Arbeitsspeicher gelesen werden und wird zusätzlich in Cache eingefügt

Hit-Rate = Treffer / Zugriffe

Wenn Datum geschrieben wird, dass nicht im Cache ist: in Cache und Arbeitsspeicher schreiben

Ist das Datum jedoch schon im Cache gibt es mehrere Verfahren

• Write through: immer gleichzeitig in Arbeitsspeicher und Cache schreiben

• Buffered write through: immer direkt in Cache; erst nachdem Puffer voll ist in Arbeitsspeicher

• Write Back: nur in Cache + Kennzeichnung – wird das Datum dann aus Cache verdrängt → Schreiben in Arbeitsspeicher

Bei allen Verfahren: Konsistenz vs. Geschwindigkeit

Folie 5.46

Nicht einzelne Bytes werden gecached, sondern ganze Blöcke/Cache-Lines (z.B. 64 Byte)

Jeder Block wird in einem Blockrahmen (die Speicher“zelle”) gespeichert

Daher wird nicht ganze Adresse verglichen sondern immer nur die Basisadresse

• Brauchen schnellen Adress-Vergleich, sonst kein Geschwindigkeitsvorteil

Der Rest wählt das richtige Byte aus der Cache-Line aus

Mehrere Blockrahmen können zu Sets zusammengefasst werden

• 1 Set; Assoziativität = Blockrahmenanzahl

• Assoziativität = 1; Anzahl Sets = Blockrahmenanzahl

• Assoziativität = n; Anzahl Sets = Blockrahmenanzahl / n

Wenn neues Datum in vollen Cache rein soll, dann muss eine Datum rausgeworfen werden, aber welches?

• Least Recently Used
• FIFO

Nur nötig bei Voll-Assoziativ oder n-Way-Set-Associative