Was ist Speicherhierarchie?
Speicherhierarchie ist die Hierarchie der Speicher- und Speichergeräte in einem Computer. Oft als Dreieck dargestellt, repräsentiert der untere Teil des Dreiecks größere, billigere und langsamere Speichergeräte, während der obere Teil des Dreiecks kleinere, teurere und schnellere Speichergeräte repräsentiert. Dies wird häufig in der Berechnungstheorie und im Entwurf verwendet, damit Programmierer wissen, wie die verschiedenen Speichersysteme beim Bau eines Computers verwaltet werden. Durch das Wissen, wie die Speicherhierarchie manipuliert wird, können Programmierer schnellere Computer bauen.
Das Speicherhierarchie-Dreieck ist eine Visualisierungstechnik, die Verbrauchern und Programmierern hilft, die Funktionsweise des Speichers zu verstehen. Im unteren Bereich befinden sich billige Speichergeräte mit großem Speicher, wie die Festplatte oder das Magnetband. Weiter oben gibt es einen Arbeitsspeicher (RAM) mit mittlerer Kapazität und Geschwindigkeit. An der Spitze befinden sich Cache und Prozessoren, die beide sehr schnell sind, aber geringe Kapazitäten haben. Das Dreieck ist in erster Linie nach Antwortzeiten organisiert, es besteht jedoch auch eine Korrelation zwischen Faktoren wie Größe, Speicherkapazität und Preis.
Beim Erstellen eines Computers muss der Programmierer das Speicherhierarchiedreieck berücksichtigen. Während Teile des Dreiecks manipuliert werden können, verstößt das Bewegen von Abschnitten strikt gegen die Regeln. Ein Programmierer könnte beispielsweise die Rolle der Festplatte in die Rolle des Arbeitsspeichers ändern. In diesem Fall ist der Computer beim Laden von Sofortinformationen wie Dateien und Websites sehr langsam und kann nur wenige Daten für die Langzeitspeicherung speichern, wodurch der Computer nahezu unbrauchbar wird. Das Vertauschen von Teilen des Dreiecks ist nicht der richtige Weg, um das Potenzial eines Computers zu maximieren.
Wenn Sie das Dreieck richtig manipulieren, steigern Programmierer die Effizienz eines Computers. Wenn die Speichereinheiten beispielsweise sehr einfach und mit weniger Größe und Komplexität gestaltet sind, funktioniert die Speicherhierarchie besser. Wenn Programmierer es auch schaffen, dass Informationen in höheren Bereichen der Speicherhierarchie verarbeitet werden können, z. B. mit dem Prozessor anstelle des Arbeitsspeichers, bewegt sich der Computer schneller. Dadurch werden die Abschnitte nicht verschoben, sondern nur optimiert.
Während die Visualisierung der Speicherhierarchie sehr einfach ist und der Speicher in verschiedenen Abschnitten manipuliert werden kann, ist es schwierig, genau zu wissen, wo Speicher gespeichert oder verwendet wird. Programmierer müssen diesen Faktor abschätzen, da in der Regel mehrere unterschiedliche Einheiten den Speicher gleichzeitig verarbeiten oder der Speicher von einem Abschnitt zum anderen wechseln kann. Gut gemachte Programme können normalerweise vorhersagen, wo der Speicher gespeichert oder verarbeitet wird, aber es gibt einen Zufallsfaktor, den Programmierer nicht immer berücksichtigen können, weshalb die Speicherhierarchie viel flüssiger ist, als es die Dreieck-Visualisierung vermuten lässt.