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Memoria cache. ¿Qué es y para qué sirve?

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RAM Foto cortesía PriceGrabber

La cache permite acelerar las lecturas y escrituras del procesador al sistema de memoria. Esto es muy importante ya que el micro tiene que acceder continuamente a este elemento para llevar a cabo sus funciones.

Se habla de sistema de memoria por que en realidad nos estamos refiriendo a varios elementos. El más lento es el disco duro. En este los datos e instrucciones se almacenan cuando el equipo esta apagado. Al producirse el encendido, pasan a la memoria RAM de donde son leídos por el procesador. Ten en cuenta que si el micro no tiene operaciones que ejecutar o le falta algún dato, tendrá que esperar, perdiendo un valioso tiempo a que estén disponibles.

Por desgracia, la memoria RAM es un dispositivo independiente y se necesita tiempo para acceder a ella. Esto que puede parecer algo anecdótico, estamos hablando del orden de nanosegundos, puede provocar bloqueos muy molestos.

¿Qué es la memoria cache?

La cache es la respuesta al problema de rendimiento del sistema de memoria. Es muy pequeña y esta incluida en el interior del microprocesador. Su función es sencilla, conseguir que los accesos se hagan todo lo rápidos que se pueda.

¿Cómo funciona?

Se organiza en niveles, de menor a mayor tamaño, si el procesador necesita un dato de la memoria se comprueba si este se encuentra en el primer nivel. En caso de no encontrarlo, se busca en el segundo nivel y si no en el tercero. El sistema se complementa con un controlador que coloca los datos más utilizados en los niveles más cercanos al procesador.

Cada uno de estos niveles tiene un bloque de control el cual se encarga de almacenar y poner los datos a disposición del micro. El tamaño de este bloque es proporcional al de la propia memoria que administra. Si este elemento es más complejo lleva a que se produzcan mayores retardos al acceder a los datos. Como queremos retardos pequeños los niveles más bajos tendrán menor capacidad. Esto lleva a que cada nivel superior sea bastante más grande que el anterior.

En comparación con la memoria RAM, la cache de algunos micros de nivel tres, que es la mayor de todas, es unas mil veces más pequeña. Por suerte, los programas suelen realizar muchas operaciones sobre los mismos datos y por lo tanto se consiguen grandes mejoras al usar esta técnica.

¿Diferencias AMD e Intel?

La cache es un sistema muy complejo que se puede implementar de diferentes maneras. Como ejemplos tienes a continuación el tamaño para la arquitectura Sandy Bridge de Intel, los Core de Segunda Generación, y la que tienen los Phenom II de AMD, con arquitectura Star:

Nivel 1 o L1

Por cada uno de los núcleos:

Intel. 32 KB de datos + 32 KB de instrucciones

AMD. 64 KB de datos + 64 KB de instrucciones

Nivel 2 o L2

Por cada uno de los núcleos. En este caso las caches de instrucciones y datos van juntas:

Intel. 256 KB.

AMD. 512 KB.

Aparte ambos poseen una cache de nivel tres que comparten todos los núcleos y que dependiendo del modelo puede llegar a varios megabytes.

Ten en cuenta que cada nueva generación permite mejoras en las tecnologías de fabricación permitiendo incrementar el número de transistores que puedes encontrar dentro del mismo chip del procesador. Esto ha llevado a cambios en las arquitecturas  que han traído memorias mayores con algoritmos más avanzados y eficientes.

¿Qué tipo de aplicaciones se benefician de esta memoria?

La memoria cache es capaz de acelerar todo tipo de aplicaciones. Podrás ver modelos de procesadores que tienen diferencias de precio bastante grandes donde se distinguen únicamente en varios megas de esta memoria.

Al ser un sistema pensado para evitar bloqueos sus ventajas no son lineales. Es decir, una memoria de seis megas, no te dará el doble de prestaciones que una de tres si no que en ciertas situaciones puede ser mucho mayor y en otras casi ni notarse. En este caso y como ocurre por ejemplo en el tamaño de la memoria RAM cuanto mayor sea mejor.

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