Memoria caché

Un segmento de memoria más rápido y más pequeño cuyo tiempo de acceso es tan cercano como los registros se conoce como memoria caché. En una jerarquía de memoria, la memoria caché tiene un tiempo de acceso menor que la memoria primaria. En general, la memoria caché es muy pequeña y, por lo tanto, se usa como búfer.

Necesidad de memoria caché

Se puede acceder a los datos en la memoria primaria más rápido que en la memoria secundaria, pero aún así, los tiempos de acceso a la memoria primaria son generalmente de unos pocos microsegundos, mientras que la CPU es capaz de realizar operaciones en nanosegundos. Debido al tiempo que transcurre entre el acceso a los datos y la actuación de los datos, el rendimiento del sistema disminuye debido a que la CPU no se utiliza correctamente y puede permanecer inactiva durante algún tiempo. Para minimizar este intervalo de tiempo, se introduce un nuevo segmento de memoria conocido como memoria caché.

¿Cómo funciona el caché?

Para comprender el funcionamiento de la memoria caché, debemos comprender algunos puntos:

• La memoria caché es más rápida, se puede acceder a ellos muy rápido
• La memoria caché es más pequeña, no se puede almacenar una gran cantidad de datos

Cada vez que la CPU necesita algún dato, busca los datos correspondientes en la memoria caché (proceso rápido) si encuentra datos, los procesa de acuerdo con las instrucciones; sin embargo, si no se encuentran datos en la memoria caché, la CPU busca esos datos en la memoria principal (más lento). proceso) y lo carga en el caché. Esto garantiza que los datos a los que se accede con frecuencia siempre se encuentren en la memoria caché y, por lo tanto, minimiza el tiempo necesario para acceder a los datos.

Rendimiento de caché

• Al buscar en la memoria caché si se encuentran datos, se ha producido un acierto en la memoria caché.
• Al buscar en la memoria caché si no se encuentran datos, se ha producido un error de memoria caché.

El rendimiento de la memoria caché se mide por el número de aciertos de memoria caché en relación con el número de búsquedas. Este parámetro de medición del rendimiento se conoce como Hit Ratio.

Proporción de aciertos=(Número de aciertos de caché)/(Número de búsquedas)

Tipos de memoria caché

Caché L1 o Nivel 1: Es el primer nivel de memoria caché que está presente dentro del procesador. Está presente en una pequeña cantidad dentro de cada núcleo del procesador por separado. El tamaño de esta memoria oscila entre 2 KB y 64 KB.

Caché L2 o Nivel 2: Es el segundo nivel de memoria caché que puede presentarse dentro o fuera de la CPU. Si no está presente dentro del núcleo, se puede compartir entre dos núcleos según la arquitectura y se conecta a un procesador con el bus de alta velocidad. El tamaño de la memoria varía de 256 KB a 512 KB.

Caché L3 o Nivel 3: Es el tercer nivel de memoria caché que está presente fuera de la CPU y es compartida por todos los núcleos de la CPU. Algunos procesadores altos pueden tener este caché. Esta memoria caché se utiliza para aumentar el rendimiento de la memoria caché L2 y L1. El tamaño de esta memoria oscila entre 1 MB y 8 MB.

Caché frente a RAM

Aunque la caché y la RAM se utilizan para aumentar el rendimiento del sistema, existen muchas diferencias en las que operan para aumentar la eficiencia del sistema. 

RAM	Cache
La RAM es más grande en tamaño en comparación con el caché. La memoria varía de 1 MB a 16 GB	El caché es más pequeño en tamaño. La memoria oscila entre 2 KB y unos pocos MB en general.
Almacena los datos que actualmente procesa el procesador.	Contiene datos de acceso frecuente.
El sistema operativo interactúa con la memoria secundaria para que los datos se almacenen en la memoria principal o RAM	El sistema operativo interactúa con la memoria principal para que los datos se almacenen en la memoria caché.
Se asegura que los datos en la RAM se carguen antes de acceder a la CPU. Esto elimina la pérdida de RAM nunca.	La CPU busca datos en la memoria caché; si no los encuentra, se produce una pérdida de la memoria caché.