Cache-Speicher vs. virtueller Speicher
Der Unterschied zwischen Cache-Speicher und virtuellem Speicher besteht im Zweck, für den diese beiden verwendet werden, und in der physischen Existenz. Cache-Speicher ist ein Speichertyp, der verwendet wird, um die Zugriffszeit des Hauptspeichers zu verbessern. Es befindet sich zwischen der CPU und dem Hauptspeicher, und es kann mehrere Cache-Ebenen wie L1, L2 und L3 geben. Der 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. Virtueller Speicher ist eine Speicherverw altungstechnik, die verwendet wird, um RAM (Hauptspeicher) effizient zu nutzen und gleichzeitig einen separaten Speicherplatz für jedes Programm bereitzustellen, der sogar größer ist als die tatsächliche physische RAM-Kapazität (Hauptspeicher). Hier dient die Festplatte zur Speichererweiterung. Die Elemente im physikalischen RAM werden mit der Festplatte hin und her übertragen.
Was ist Cache-Speicher?
Cache-Speicher ist eine Art Speicher, 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 auf den Cache ist also viel kürzer als die Zugriffszeit auf den RAM. Aber die Kosten des für den Cache-Speicher verwendeten Speichers sind viel höher als die Kosten des für den RAM verwendeten Speichers, 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.
Immer wenn die CPU auf Speicher zugreifen möchte, prüft sie zuerst, ob sich das, was sie benötigt, im Cache-Speicher befindet. Wenn ja, wäre es in der Lage, mit der geringsten Latenz darauf zuzugreifen. Wenn es sich nicht im Cache befindet, wird der angeforderte Inh alt vom RAM in den Cache kopiert, und dann greift nur die CPU vom Cache darauf zu. Hier wird beim Kopieren von Inh alten aus dem Cache nicht nur der Inh alt an der angeforderten Speicheradresse, sondern auch der Inh alt in der Nähe in den Cache kopiert. Beim nächsten 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. Durch den Cache wird also die durchschnittliche Speicherlatenz reduziert.
In der CPU gibt es drei Arten von Caches: Anweisungscache zum Speichern von Programmanweisungen, Datencache zum Speichern von Datenelementen und den Translation Look-aside Buffer zum Speichern von Speicherzuordnungen. Für den Daten-Cache 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 ist. Der L2-Cache ist langsamer als L1, aber größer als L1 und befindet sich hinter dem L1-Cache. Aufgrund dieser Hierarchie kann eine bessere durchschnittliche Speicherzugriffszeit zu geringeren Kosten erreicht werden.
Was ist virtueller Speicher?
Virtual Memory ist eine Speicherverw altungstechnik, die in Computersystemen verwendet wird. Es gibt keine Hardware, die als virtueller Speicher bezeichnet wird, 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 Seiten genannt 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 physikalische Speicher. Der virtuelle Speicherraum ist auch in Blöcke 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 keinen Platz mehr hat, werden bestimmte physische Seiten auf diesen speziellen Teil der Festplatte verschoben. Wenn eine auf die Festplatte geschobene Seite erneut benötigt wird, wird sie in den physischen Speicher gebracht, indem eine andere ausgewählte Seite aus dem physischen Speicher auf die Festplatte abgelegt wird.
Was ist der Unterschied zwischen Cache-Speicher und virtuellem Speicher?
• Cache-Speicher ist ein Speichertyp, der zur Verbesserung der Zugriffszeit auf den Hauptspeicher verwendet wird. Es handelt sich um einen schnelleren Speichertyp, der sich zwischen CPU und RAM befindet, um die durchschnittliche Speicherzugriffslatenz zu reduzieren. Virtueller Speicher ist eine Speicherverw altungsmethode, bei der es sich um ein Konzept handelt, mit dem Programme ihren eigenen virtuellen Speicherplatz erh alten, der sogar größer ist als der real verfügbare physische RAM.
• Cache-Speicher ist eine Art Hardware-Speicher, der tatsächlich physisch existiert. Andererseits gibt es keine Hardware, die als virtueller Speicher bezeichnet wird, da es sich um ein Konzept handelt, das RAM, Festplatte, Speicherverw altungseinheit und Software verwendet, um eine virtuelle Art von Speicher bereitzustellen.
• Die Verw altung des Cache-Speichers erfolgt vollständig durch Hardware. Virtueller Speicher wird vom Betriebssystem (Software) verw altet.
• Der Cache-Speicher liegt zwischen dem RAM und dem Prozessor. Datenübertragungen umfassen RAM, Cache-Speicher und den Prozessor. Beim virtuellen Speicher hingegen werden Daten zwischen RAM und Festplatte übertragen.
• Cache-Speicher nehmen kleine Größen wie Kilobytes und Megabytes an. Virtueller Speicher hingegen umfasst riesige Größen, die Gigabyte benötigen.
• Beim virtuellen Speicher handelt es sich um Datenstrukturen wie Seitentabellen, die die Zuordnung zwischen physischem und virtuellem Speicher speichern. Aber diese Art von Datenstrukturen ist für den Cache-Speicher nicht erforderlich.
Zusammenfassung:
Cache-Speicher vs. virtueller Speicher
Cache-Speicher wird zur Verbesserung der Hauptspeicherzugriffszeit verwendet, während virtueller Speicher eine Speicherverw altungsmethode ist. Der Cache-Speicher ist eine tatsächliche Hardware, aber es gibt keine Hardware, die als virtueller Speicher bezeichnet wird. RAM, Festplatte und verschiedene andere Hardware bilden zusammen mit dem Betriebssystem das Konzept, das als virtueller Speicher bezeichnet wird, um jedem Programm große und isolierte virtuelle Speicherplätze bereitzustellen. Der Inh alt des Cache-Speichers wird von der Hardware verw altet, während der Inh alt des virtuellen Speichers vom Betriebssystem verw altet wird.
