Speicherorganisation

Speicherorganisation bezeichnet in der Informatik die Struktur, Anordnung und Verwaltung von Speichern in Computersystemen. Sie umfasst Hardware- und Softwareaspekte, zielt auf effiziente Speicherverwendung, geringe Latenz, hohe Bandbreite und Schutz gegen unerlaubten Zugriff.

Typische Ebenen der Speicherkette sind Register, L1/L2/L3-Caches, der Hauptspeicher (RAM) und der Sekundärspeicher (Festplatten oder SSDs). Zwischen ihnen arbeiten Speichercontroller, Busse und Speicherrinnen (Banks), deren Architektur Leistungsmerkmale wie Zugriffskonsequenz und Parallelität beeinflusst.

Speichergeräte unterscheiden sich in Aufbau und Organisation. RAM umfasst DRAM- und SRAM-Technologien, ROM und Flash-Speicher. Oft existieren mehrere Speicherbänke und Kanäle; die Adressierung erfolgt oft Byte- oder Wortadressierung, mit Techniken wie Interleaving zur Leistungssteigerung.

Die Adressierung und das Speichermanagement betreffen logischen Adressraum, virtuelle Adressierung, Paging und Segmentierung. Translation Lookaside Buffers (TLB) und Seitentabellen gewährleisten Abbildung virtueller auf physische Adressen sowie Schutz- und Privilegienmechanismen.

Cache-Organisation bezeichnet die Zuordnung von Speicheradressen zu Cache-Linien. Typische Mapping-Modelle sind direkter Abgleich, vollständig assoziativ oder assoziativ mit Sets. Kohärenzprotokolle sorgen für Konsistenz zwischen Caches mehrerer Kerne.

Architekturübergreifende Aspekte umfassen NUMA- versus UMA-Modelle, Speicherschnittstellen, ECC-Fehlererkennung und -Korrektur sowie Zuverlässigkeit und Energieeffizienz. Leistungsaspekte hängen von Latenz, Bandbreite und Pre-Fetching-Verhalten ab.

Die Speicherorganisation beeinflusst Softwaredesign, Betriebssystemfunktionen und Systemleistung. Sie bleibt ein zentrales Thema in der Computerarchitektur, Speicherverwaltung und Hardwareentwicklung.