Webdesign Definition / Lexikon Cache
Cache bezeichnet in der EDV eine Methode, um Inhalte, die bereits einmal vorlagen, beim nächsten Zugriff schneller zur Verfügung zu stellen. Caches sind als Puffer-Speicher realisiert, die Kopien zwischenspeichern. Sie können als Hardware- oder Softwarestruktur ausgebildet sein.
Gründe für den Einsatz eines Caches sind ein (relativ gesehen) langsamer Zugriff auf ein Hintergrundmedium oder ein relativ hoher Aufwand, oft benötigte Daten neu zu generieren.
Wörtlich aus dem Englischen übersetzt bedeutet Cache (gesprochen käsch, entlehnt vom französischen cacher ? verbergen) geheimes Lager. Der Name verdeutlicht den Umstand, dass ein Cache seine Arbeit zumeist im Verborgenen verrichtet. Ein Programmierer muss dessen Größe oder Funktionsweise prinzipiell also nicht kennen, denn der Cache ist als solches abstrakt und wird nicht direkt angesprochen. Praktisch ist er eine gespiegelte Ressource, die stellvertretend für das Original bearbeitet werden kann. Damit alle Geräte auf ein identisches Speicherabbild zugreifen können, ist es notwendig, die Änderungen des Caches in den Hauptspeicher zu übernehmen. Cachestrategien wie Write-Through oder Write-Back sind hier praktikabel. Im Extremfall muss ein kompletter ?Cache Flush? erfolgen.
Nutzen
Die Ziele beim Einsatz eines Caches sind eine Verringerung der Zugriffszeit bzw. eine Verringerung der Anzahl der Zugriffe auf den zu cachenden Speicher. Das bedeutet insbesondere, dass sich der Einsatz von Caches nur dort lohnt, wo die Zugriffszeit auch signifikanten Einfluss auf die Gesamtleistung hat. Während das bei den meisten (skalaren) Mikroprozessoren der Fall ist, trifft das beispielsweise nicht auf Vektorrechner zu, wo die Zugriffszeit keine sehr wichtige Rolle spielt. Deswegen wird dort üblicherweise auch auf Caches verzichtet, weil diese keinen oder nur wenig Nutzen bringen.
Ein weiterer wichtiger Effekt beim Einsatz von Caches ist die verringerte Bandbreitenanforderung an die nächsthöhere Speicherebene der Speicherhierarchie. Weil oftmals der Großteil der Anfragen vom Cache beantwortet werden kann (?Cache Hit?, s. u.), sinkt die Anzahl der Zugriffe und damit die Bandbreitenanforderung an den zu cachenden Speicher. Ein moderner Mikroprozessor ohne Cache würde selbst mit unendlich kleiner Zugriffszeit des Hauptspeichers dadurch ausgebremst, dass nicht genügend Speicherbandbreite zur Verfügung steht, weil durch den Wegfall des Caches die Anzahl der Zugriffe auf den Hauptspeicher und damit die Anforderung an die Speicherbandbreite stark zunehmen würde. Ein Cache kann daher also auch genutzt werden, um die Bandbreitenanforderungen an den zu cachenden Speicher zu reduzieren, was sich z. B. in geringeren Kosten für diesen niederschlagen kann.
Bei CPUs kann der Einsatz von Caches somit zum Verringern des Von-Neumann-Flaschenhalses der Von-Neumann-Architektur beitragen. Die Ausführungsgeschwindigkeit von Programmen kann dadurch im Mittel enorm gesteigert werden.
Ein Nachteil von Caches ist das schlecht vorhersagbare Echtzeitverhalten, da die Ausführungszeit eines Befehls aufgrund von Cache Misses nicht immer konstant ist.
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