Cache-Speicher vs virtueller Speicher
Der Unterschied zwischen Cache-Speicher und virtuellem Speicher besteht in dem Zweck, für den diese beiden verwendet werden, und in der physischen Existenz. Der Cache-Speicher ist ein Speichertyp, mit dem die Zugriffszeit des Hauptspeichers verbessert wird. Es befindet sich zwischen der CPU und dem Hauptspeicher, und es können mehrere Ebenen von Caches wie L1, L2 und L3 vorhanden sein. Die für den Cache-Speicher verwendete Hardwaretyp ist viel teurer als der für den Hauptspeicher verwendete RAM (Random Access Memory), da der Cache-Speicher viel schneller ist. Aus diesem Grund ist die Kapazität des Cache-Speichers sehr gering. Der virtuelle Speicher ist eine Speicherverwaltungstechnik, mit der RAM (Hauptspeicher) effizient genutzt und gleichzeitig für jedes Programm ein separater Speicherplatz bereitgestellt wird, der noch größer ist als die tatsächliche physische RAM-Kapazität (Hauptspeicher). Hier wird die Festplatte verwendet, um den Speicher zu erweitern. Die Elemente im physischen RAM werden mit der Festplatte hin und her übertragen.
Was ist Cache-Speicher?
Der Cache-Speicher ist ein Speichertyp, der zwischen der CPU (Central Processing Unit) und dem RAM (Random Access Memory) liegt. Der Zweck des Cache-Speichers besteht darin, die Speicherzugriffszeit der CPU aus dem RAM zu reduzieren. Der Cache-Speicher ist viel schneller als RAM. Die Zugriffszeit im Cache ist also viel kürzer als die Zugriffszeit im RAM. Die für den Cache-Speicher verwendeten Speicherkosten sind jedoch viel höher als die für den RAM verwendeten Speicherkosten, und daher ist die Kapazität des Cache-Speichers sehr gering. Der für den Cache-Speicher verwendete Speichertyp wird als SRAM (Static Random Access Memory) bezeichnet.
Wann immer die CPU auf den Speicher zugreifen möchte, prüft sie zunächst, ob sich das, was sie benötigt, im Cache-Speicher befindet. Wenn ja, kann es mit der geringsten Latenz darauf zugreifen. Wenn es sich nicht im Cache befindet, wird der angeforderte Inhalt aus dem RAM in den Cache kopiert und nur die CPU greift aus dem Cache darauf zu. Hier wird beim Kopieren von Inhalten aus dem Cache nicht nur der Inhalt in der angeforderten Speicheradresse, sondern auch der in der Nähe befindliche Inhalt in den Cache kopiert. Das nächste Mal besteht also eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass ein Cache-Treffer auftritt, da die meisten Computerprogramme die meiste Zeit auf Daten in der Nähe oder auf Daten zugreifen, auf die zuletzt zugegriffen wurde. Aufgrund des Caches wird die durchschnittliche Speicherlatenz reduziert.
In der CPU gibt es drei Arten von Caches: Anweisungscache zum Speichern von Programmanweisungen, Datencache zum Speichern von Datenelementen und Übersetzungssuchpuffer zum Speichern von Speicherzuordnungen. Für den Datencache gibt es im Allgemeinen mehrstufige Caches. Das heißt, es gibt mehrere Caches als L1, L2 und L3. Der L1-Cache ist der schnellste, aber kleinste Cache-Speicher, der der CPU am nächsten liegt. Der L2-Cache ist langsamer als L1, aber größer als L1 und befindet sich nach dem L1-Cache. Aufgrund dieser Hierarchie kann eine bessere durchschnittliche Speicherzugriffszeit zu geringeren Kosten erreicht werden.
Was ist virtueller Speicher?
Virtueller Speicher ist eine Speicherverwaltungstechnik, die in Computersystemen verwendet wird. Es gibt keine Hardware namens virtueller Speicher, aber es ist ein Konzept, das RAM und die Festplatte verwendet, um einen virtuellen Adressraum für Programme bereitzustellen. Der erste RAM ist in Blöcke unterteilt, die als Seiten bezeichnet werden, und sie werden durch physische Speicheradressen identifiziert. Auf der Festplatte ist ein spezieller Teil reserviert, der unter Linux als Swap und unter Windows als Auslagerungsdatei bezeichnet wird. Wenn ein Programm gestartet wird, erhält es einen virtuellen Adressraum, der sogar größer sein kann als der tatsächliche physische Speicher. Der virtuelle Speicherplatz ist auch in Abschnitte unterteilt, die als Seiten bezeichnet werden, und jede dieser virtuellen Speicherseiten kann einer physischen Seite zugeordnet werden. Die als Seitentabelle bezeichnete Tabelle verfolgt diese Zuordnung. Wenn der physische Speicher nicht mehr über genügend Speicherplatz verfügt, wird Folgendes ausgeführt:Bestimmte physische Seiten werden in diesen speziellen Bereich auf der Festplatte verschoben. Wenn eine auf die Festplatte übertragene Seite erneut benötigt wird, wird sie in den physischen Speicher gebracht, indem eine andere ausgewählte Seite aus dem physischen Speicher auf die Festplatte gelegt wird.
Was ist der Unterschied zwischen Cache-Speicher und virtuellem Speicher?
• Der Cache-Speicher ist ein Speichertyp, der zur Verbesserung der Hauptspeicherzugriffszeit verwendet wird. Es ist ein schnellerer Speichertyp, der sich zwischen CPU und RAM befindet, um die durchschnittliche Speicherzugriffslatenz zu verringern. Der virtuelle Speicher ist eine Speicherverwaltungsmethode, bei der Programme einen eigenen virtuellen Speicherplatz erhalten, der sogar größer ist als der tatsächlich verfügbare physische RAM.
• Der Cache-Speicher ist eine Art Hardwarespeicher, der tatsächlich physisch vorhanden ist. Auf der anderen Seite gibt es keine Hardware, die als virtueller Speicher bezeichnet wird, da es sich um ein Konzept handelt, das RAM, Festplatte, Speicherverwaltungseinheit und Software verwendet, um einen virtuellen Speichertyp bereitzustellen.
• Die Verwaltung des Cache-Speichers erfolgt vollständig über die Hardware. Der virtuelle Speicher wird vom Betriebssystem (Software) verwaltet.
• Der Cache-Speicher liegt zwischen RAM und Prozessor. Datenübertragungen umfassen RAM, Cache-Speicher und den Prozessor. Der virtuelle Speicher umfasst andererseits die Übertragung von Daten zwischen RAM und Festplatte.
• Cache-Speicher sind klein wie Kilobyte und Megabyte. Der virtuelle Speicher hingegen ist sehr groß und benötigt Gigabyte.
• Der virtuelle Speicher umfasst Datenstrukturen wie Seitentabellen, in denen die Zuordnung zwischen physischem Speicher und virtuellem Speicher gespeichert ist. Diese Art von Datenstrukturen ist jedoch für den Cache-Speicher nicht erforderlich.
Zusammenfassung:
Cache-Speicher vs virtueller Speicher
Der Cache-Speicher wird zur Verbesserung der Hauptspeicherzugriffszeit verwendet, während der virtuelle Speicher eine Speicherverwaltungsmethode ist. Der Cache-Speicher ist eine tatsächliche Hardware, es gibt jedoch keine Hardware, die als virtueller Speicher bezeichnet wird. RAM, Festplatte und verschiedene andere Hardware zusammen mit dem Betriebssystem erzeugen das Konzept des virtuellen Speichers, um jedem Programm große und isolierte virtuelle Speicherplätze bereitzustellen. Der Inhalt im Cache-Speicher wird von der Hardware verwaltet, während der Inhalt im virtuellen Speicher vom Betriebssystem verwaltet wird.
Bilder mit freundlicher Genehmigung:
- Cache-Speicherprozess von Hellisp (CC BY-SA 3.0)
- Virtueller Speicher von Ehamberg (CC BY-SA 3.0)
