La caché es la memoria de acceso rápido de una computadora, que guarda temporalmente las últimas informaciones
procesadas. La memoria
caché es un búfer especial
de memoria que poseen las computadoras, que funciona de manera similar a la memoria principal, pero es de menor tamaño y de acceso más
rápido. Es usada por el microprocesador para
reducir el tiempo de acceso a datos ubicados en la memoria principal que se
utilizan con más frecuencia.
La caché es
una memoria que
se sitúa entre la unidad central de procesamiento (CPU) y la memoria de acceso aleatorio (RAM)
para acelerar el intercambio de datos.
Cuando se
accede por primera vez a un dato, se hace una copia en la caché; los accesos
siguientes se realizan a dicha copia, haciendo que sea menor el tiempo de
acceso medio al dato. Cuando el microprocesador necesita leer o escribir en una
ubicación en memoria principal, primero verifica si una copia de los datos está
en la caché; si es así, el microprocesador de inmediato lee o escribe en la
memoria caché, que es mucho más rápido que de la lectura o la escritura a la
memoria principal.
La memoria cache se estructura normalmente en
pequeños campos donde se guardan los datos necesarios (hasta un byte de espacio
por cada campo o celda). Puede tener lugar como parte integrante de la memoria
principal como también puede estar emplazada por fuera de ella y activarse de
manera autónoma. A través del método del hit rate o del promedio de pedidos que
recibe cada dato, se establece un orden de los elementos más requeridos y que
por tanto pasan a estar a mayor disponibilidad, borrándose eventualmente
aquellos que no vuelvan a ser utilizados.
Cuando uno habla de la memoria cache de disco
está haciendo referencia a un proceso similar al de la memoria cache RAM que se
produce en la misma memoria principal. Este procedimiento es otro modo
de implementar el sistema de memoria cache evitando usar la lenta memoria del
disco duro pero manteniendo activo su interior y proveyéndole con datos de
manera mucho más directa.
Tipos
Hay tres tipos diferentes de memoria caché para procesadores:
Caché de 1er nivel (L1): Esta caché
está integrada en el núcleo del procesador, trabajando a la misma velocidad que
este. La cantidad de memoria caché L1 varía de un procesador a otro, estando
normalmente entra los 64KB y los 256KB. Esta memoria suele a su vez estar
dividida en dos partes dedicadas, una para instrucciones y otra para datos.
Caché de 2º nivel (L2): Integrada
también en el procesador, aunque no directamente en el núcleo de este, tiene
las mismas ventajas que la caché L1, aunque es algo más lenta que esta. La
caché L2 suele ser mayor que la caché L1, pudiendo llegar a superar los 2MB. A
diferencia de la caché L1, esta no está dividida, y su utilización está más
encaminada a programas que al sistema.
Caché de 3er nivel (L3): Es un tipo
de memoria caché más lenta que la L2, muy poco utilizada en la actualidad. En
un principio esta caché estaba incorporada a la placa base, no al
procesador, y su velocidad de acceso era bastante más lenta que una caché de
nivel 2 o 1, ya que si bien sigue siendo una memoria de una gran
rapidez (muy superior a la RAM, y mucho más en la época en la que se utilizaba),
depende de la comunicación entre el procesador y la placa base. Para hacernos
una idea más precisa de esto, imaginemos en un extremo el procesador y en el
otro la memoria RAM. Pues bien, entre ambos se encuentra la memoria caché, más
rápida cuando más cerca se encuentre del núcleo del procesador (L1).
Las
memorias caché son extremadamente rápidas (su velocidad es unas 5 veces
superior a la de una RAM de las más rápidas), con la ventaja añadida de no
tener latencia, por lo que su acceso no tiene ninguna demora... pero es un tipo
de memoria muy cara. Esto, unido a su integración en el
procesador (ya sea directamente en el núcleo o no) limita bastante el tamaño,
por un lado por lo que encarece al procesador y por otro por el espacio
disponible. En cuanto a la utilización de la caché L2 en procesadores
multinucleares, existen dos tipos diferentes de tecnologías a aplicar. Por un
lado está la habitualmente utilizada por Intel, que consiste en que el total de
la caché L2 está accesible para ambos núcleos y por otro está la utilizada por
AMD, en la que cada núcleo tiene su propia caché L2 dedicada solo para ese
núcleo. La caché L2 apareció por primera vez en los Intel Pentium Pro,
siendo incorporada a continuación por los Intel Pentium II, aunque en ese caso
no en el encapsulado del procesador, sino externamente (aunque dentro del
procesador)
Funcionamiento
Funcionamiento
Las
memorias caché funcionan como memorias escritas cuando están involucradas en la
transferencia de datos desde un dispositivo más rápido a un dispositivo más
lento. Permiten enviar la información y luego realizar una nueva tarea, a la
vez que traducen los datos. La memoria caché de lectura también está diseñada
para operar entre dispositivos más rápidos y más lentos, y tiene una lógica de
soporte diseñada para anticipar lo que necesitarás luego. De esta manera,
lentamente pre-lee la información que es probable que necesites, de modo que
cuando desees cargarla, lo harás con mayor rapidez. La memoria caché de
amortiguación está diseñada para almacenar la información de tu última consulta, de modo que si quieres acceder a ella de
nuevo, puedas hacerlo rápidamente.
La memoria caché se carga desde la RAM con los datos y/o instrucciones
que ha buscado la CPU en las últimas operaciones. La CPU siempre busca primero
la información en la caché, lo normal es que va encontrar ahí la mayoría de las
veces, con lo que el acceso será muy rápido. Pero si no encuentra la
información en la caché, se pierde tiempo en acudir a la RAM y copiar dicha
información en la caché para su disponibilidad.
