Skalare Prozessoren - Moderne Prozessorarchitekturen: Prinzipien und ihre Realisierungen - page 148

entsprechend ihrer Anordnung nummeriert. Der direkt mit dem Prozessor verbun-
dene Cache wird dabei als Ebene-1- bzw. L1-Cache ( level 1 cache ), der ihm unter-
geordnete als Ebene-2- bzw. L2-Cache usw. bezeichnet. Die logische Struktur eines
Rechners mit (1.) für Befehle und Daten separaten, sog. split L1- und L2-Caches,
(2.) einem für Befehle und Daten gemeinsamen, sog. unified L3-Cache sowie (3.)
einem Hauptspeicher ist in Bild 2.58 dargestellt.

Leitwerk Datenwerk

Leitwerkzustand Leiteinheit Datenwerkzustand

Dateneinheit

Prozessor
Speicher

L1
L2

L1
L2

Cache-Hierarchie

unified L3

Hauptspeicher
Daten

Befehle

Bild 2.58. Logische Sicht auf ein System bestehend aus einem Prozessor (Leit- und Datenwerk),
Caches und einem für Befehle und Daten gemeinsamen Hauptspeicher

Die Verwendung separater Caches für das Leit- und Datenwerk liegt nahe, weil in
einem Fließbandprozessor parallel auf Befehle und Daten zugegriffen werden muss.
Allerdings wird für jeden Cache eine separate Anbindung an den Prozessor oder
dem übergeordneten Cache benötigt, weshalb Split-Caches normalerweise nur ver-
wendet werden, wenn es möglich ist, sie zusammen mit dem Prozessor auf einem
Chip unterzubringen. Im Umkehrschluss sind Caches, die nicht zusammen mit dem
Prozessor auf einem Chip realisiert werden können, normalerweise als unified ver-
wirklicht.
Die Art und Weise, in der sich ein Cache in ein reales System einbetten lässt, kann
von der in Bild 2.58 dargestellten logischen Struktur abweichen. Als Front-Side-
Cache bezeichnet man einen Cache, der über denselben Bus wie der Hauptspeicher
an den Prozessor angebunden ist. Dabei wird der Cache normalerweise zwischen
Prozessor und Hauptspeicher platziert, was den Vorteil hat, dass der Prozessor ein
Programm über lange Zeitabschnitte hinweg bearbeiten kann, ohne auf den Haupt-
speicher zugreifen zu müssen (in einem Multimastersystem ermöglicht dies den
ungehinderten Zugriff anderer Prozessoren auf den Hauptspeicher). Nachteilig am
Front-Side-Cache ist, dass die Anbindung über einen für einen langsamen Haupt-
speicher konzipierten Bus erfolgt. Beim sog. Back-Side-Cache wird deshalb ein
separater Bus verwendet, der als Punkt-zu-Punkt-Bus eine höhere Übertragungs-
bandbreite ermöglicht.

Organisationsformen

Um die geringe Kapazität eines Caches optimal zu nutzen, werden möglichst solche
Inhalte aus dem Hauptspeicher zwischengespeichert, auf die man Zugriffe erwartet.
Die Abbildungsvorschrift, nach der die Hauptspeicheradressen den Einträgen eines