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Übersetzungspuffer (Translation Lookaside Buffer, TLB)

Mitarbeiter: Matthew Haughn

Ein Übersetzungspuffer (Translation Lookaside Buffer, TLB) ist ein spezieller Zwischenspeicher, der kürzlich erfolgte Übersetzungen zwischen virtuellem Speicher und physischen Adressen aufnimmt, um sie schneller wieder verfügbar zu machen.

Wenn eine virtuelle Speicheradresse von einem Programm angesprochen wird, beginnt die Abfrage zunächst bei der CPU. Zuerst werden die dortigen Instruction Caches geprüft. Wenn die benötigte Speichermenge nicht in diesen sehr schnellen Caches zur Verfügung steht, dann muss das System auf die physischen Speicheradressen zugreifen. Zu diesem Zeitpunkt wird auch der Übersetzungspuffer geprüft, um den Ort im physischen Speicher zu referenzieren.

Wenn eine Adresse im TLB gesucht wird und dort nicht gefunden werden kann, dann muss der physische Speicher mit einer Memory Page Crawl Operation geprüft werden. Während die physischen Speicheradressen übersetzt werden, können referenzierte Werte zum TLB hinzugefügt werden. Wenn dann einer dieser Werte aus dem Übersetzungspuffer abgerufen wird, geht dies weit schneller vonstatten, da dieser sich ja auf dem Prozessor befindet. Die meisten modernen CPUs enthalten mittlerweile TLBs, um die Verarbeitung virtueller Speicheroperationen zu beschleunigen. Positiv wirken sich zudem die Latenzen reduzierende Nähe und die hohen Taktraten aktueller Prozessoren aus.

TLBs sind auch in Multi-User-Umgebungen nützlich, da sie für eine Separierung des Speichers sorgen können. Zum einen unterstützen sie sowohl einen User als auch einen Supervisor Mode und ermöglichen das Setzen von Berechtigungen zum Lesen und Schreiben der einzelnen Bits. Dadurch wird ein sicheres Teilen des Speichers möglich.

Übersetzungspuffer können jedoch durch Performance-Probleme beeinträchtigt werden, die durch Multitasking oder Programmierfehler ausgelöst wurden. Diese Leistungseinbußen werden auch als Cache Thrash bezeichnet. Sie werden durch eine Überlastung von Computer-Ressourcen oder Konflikten im Caching-System ausgelöst, die zu immer wieder zu einer übermäßigen Auslastung des Computers führen.

Diese Definition wurde zuletzt im April 2020 aktualisiert

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