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Cache – vermeidet aufwendige Neuberechnungen
Ein Cache ist ein schneller Zwischenspeicher, der dazu dient, wiederholte Zugriffe auf ein langsameres Speichermedium oder zeitaufwändige Neuberechnungen zu minimieren. Darüber hinaus können Daten, die voraussichtlich in Kürze benötigt werden, bereits im Voraus geladen und im Cache gespeichert werden. Caching existiert in vielen Varianten und wird je nach Bedarf unterschiedlich eingesetzt. Unabhängig von der Form verfolgt Caching stets dasselbe Ziel: Die Zugriffszeit auf angeforderte Medieninhalte oder Datenelemente zu optimieren. Allerdings kann ein Übermaß an zwischengespeicherten Daten das System verlangsamen. Programme wie CCleaner Professional können hier helfen und für Ordnung sorgen.
In diesem Blogartikel fassen wir die wesentlichen Aspekte rund um das Thema Caching für Sie zusammen.
Software- und Hardware-Cache – die zwei Haupttypen
Cache-Systeme sind wesentliche Komponenten in der Informationstechnologie, die dazu dienen, den Zugriff auf Daten zu beschleunigen. Grundsätzlich unterscheidet man zwei Haupttypen: Software-Cache und Hardware-Cache.
Der Software-Cache bezieht sich auf Daten, die von Anwendungen, insbesondere von Web-Browsern, zwischengespeichert werden. Wenn eine Webseite besucht wird, werden einige ihrer Daten im Software-Cache gespeichert. Das bedeutet, dass diese Daten bei einem erneuten Besuch der Seite nicht erneut aus dem Internet geladen werden müssen, was den Ladevorgang erheblich beschleunigt. Diese zwischengespeicherten Daten werden in einer bestimmten Datei auf der Festplatte des Geräts abgelegt, die eindeutig mit der jeweiligen Anwendung verknüpft ist. Im Laufe der Zeit kann sich jedoch eine große Menge solcher Daten ansammeln, was zu einer Beeinträchtigung der Systemleistung führen kann. Daher wird empfohlen, den Software-Cache gelegentlich zu leeren.
Der Hardware-Cache hingegen ist ein physischer Speicherchip, der direkt in Computern und Smartphones eingebaut ist. Er dient dazu, häufig verwendete Daten oder Befehle direkt auf dem Chip zu speichern, so dass der Prozessor nicht jedes Mal auf den langsameren Hauptspeicher zugreifen muss. Dadurch wird die Gesamtleistung des Geräts deutlich optimiert. Der Hardware-Cache ist in der Regel in verschiedene Stufen unterteilt, wobei jede Stufe ein Kompromiss zwischen Größe, Geschwindigkeit und Kosten darstellt.
Die Geschichte des Caches – ein Überblick
Die Evolution des Memory-Caches ist tief in der Geschichte der Computerarchitektur verwurzelt, getrieben durch das ständige Bestreben, die Diskrepanz zwischen den rasanten Verarbeitungsgeschwindigkeiten von CPUs und den vergleichsweise trägen Zugriffszeiten des Hauptspeichers zu minimieren.
In den Anfängen der Computertechnologie basierten Systeme auf einer simplen Speicherhierarchie: Die CPU griff direkt auf den Hauptspeicher zu, um Daten und Befehle zu holen. Doch mit der fortschreitenden Beschleunigung der CPU-Leistung wurde der Geschwindigkeitsunterschied zum Hauptspeicher immer offensichtlicher. Dies führte zu einem Engpass, bekannt als Speicherzugriffsengpass, bei dem die CPU oft darauf warten musste, dass Daten aus dem Hauptspeicher geladen wurden, was die Systemleistung drosselte.
Um dieses Dilemma zu lösen, suchten Wissenschaftler und Techniker nach Wegen, die Latenzzeiten beim Speicherzugriff zu verringern. Eine Lösung war die Implementierung eines Cache-Speichers, einer flinken Speichereinheit, die physisch näher an der CPU positioniert war. Die Idee eines solchen Speichers kann bis zum IBM System/360 Modell 85 zurückverfolgt werden, welches 1968 einen Vorläufer des Cache-Speichers, damals als “Speicherhierarchie” bezeichnet, einführte.
In den 1970ern wurde das heutige Verständnis von Cache-Speichern durch IBM-Forscher weiter definiert. Sie konzipierten eine Speicherhierarchie mit zwei Ebenen: Einem zügigen Cache und einem umfangreicheren, aber langsameren Hauptspeicher. Der Cache sollte oft genutzte Daten und Befehle speichern, um der CPU einen schnelleren Zugriff zu ermöglichen.
Das IBM System/370 Modell 158-3, das 1972 auf den Markt kam, war einer der ersten kommerziellen Computer mit einem dedizierten Cache-Speicher und bot 16 Kilobyte Cache-Kapazität. Seitdem wurde der Cache-Speicher zu einem festen Bestandteil vieler Computerdesigns.
Mit technologischen Fortschritten und wachsender Systemkomplexität hat sich auch der Cache-Speicher weiterentwickelt. Moderne Caches sind nicht nur größer, sondern nutzen auch fortschrittliche Algorithmen zur Optimierung. Aktuelle CPUs oder ihre Kerne sind häufig mit mehreren Cache-Ebenen (L1, L2, L3) ausgestattet, die sich in Größe und Geschwindigkeit unterscheiden.
Browser-Cache – regelmäßiges Löschen empfohlen
Ein Cache besitzt im Vergleich zum Hauptspeicher nur eine begrenzte Größe und muss daher regelmäßig geleert werden, um effizient zu arbeiten. Wenn eine ältere Version einer Webseite angezeigt wird, liegt das oft daran, dass diese Version noch im Cache gespeichert ist und somit den Zugriff auf aktuellere Daten blockiert.
Software wie der CCleaner kann helfen, den Cache und andere nicht mehr benötigte Daten automatisch zu löschen. Dabei können Benutzer individuell einstellen, welche Daten behalten und welche entfernt werden sollen. Das regelmäßige Leeren des Caches und anderer temporärer Daten steigert die Performance des Browsers und des gesamten Systems.
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