Memoria caché y definiciones relacionadas
Los ingenieros informáticos siempre están buscando formas de hacer que una computadora funcione más rápido. Se pueden usar un chip de múltiples núcleos, más memoria y una tarjeta de video más rápida para mejorar el rendimiento de una computadora. Un método muy eficaz para mejorar la velocidad es el uso de memoria caché . La caché es un tipo de memoria relativamente pequeña, pero se puede acceder a ella muy rápidamente. Básicamente, almacena información que probablemente se volverá a utilizar.
Por ejemplo, los navegadores web suelen utilizar un caché para que las páginas web se carguen más rápido al almacenar una copia de los archivos de la página web localmente, como en su computadora local. Esto se conoce como caché web . Se utilizan protocolos inteligentes para asegurarse de que la copia aún esté actualizada; de lo contrario, el navegador web obtendrá los nuevos archivos de la fuente original. El propósito general de la caché web es hacer que las páginas web se carguen más rápido. La memoria caché se utiliza en otras partes de un sistema informático. El tipo más importante es el caché de la CPU, que será el foco del resto de la lección.
Caché de CPU
La unidad central de procesamiento (CPU) es el cerebro de la computadora. Todas las instrucciones deben ejecutarse a través de la CPU para que las distintas partes de una computadora funcionen juntas. Los chips de CPU se han vuelto más pequeños y rápidos a medida que avanza la tecnología de chips. Uno de los aspectos más lentos del procesamiento informático es la interacción entre el chip de la CPU y la memoria principal en forma de memoria de acceso aleatorio (RAM). Instalar más memoria no siempre es una solución; el cuello de botella suele ser el tiempo que se tarda en acceder a la memoria.
Entonces, ¿qué han ideado los diseñadores de chips? Una pequeña forma de memoria ubicada directamente en el propio chip. Esta es la caché de la CPU . Es mucho más pequeño, pero se puede acceder a él mucho más rápido que la memoria principal. La memoria caché de la CPU almacena las piezas de información que se utilizan con más frecuencia para poder recuperarlas más rápidamente. Esta información es un duplicado de la información almacenada en otro lugar, pero está más disponible.
Cómo funciona la caché de la CPU
Para llevar a cabo una instrucción en particular, la CPU necesita una información específica. La CPU primero verificará si esta información está disponible en el caché de la CPU. Si se encuentra la información, esto se denomina acierto de caché . Si no se encuentra la información, esto se denomina falta de caché y la CPU continúa buscando la información en otro lugar. En el caso de una falta de caché, la información se encontrará en la memoria principal, pero simplemente llevará más tiempo.
¿Cómo afecta el Estrés a la Memoria y la Atención?
Se han realizado muchas investigaciones sobre cómo optimizar el diseño de la memoria caché. El resultado ha sido algo contrario a la intuición: cuanto más pequeño, más rápido. Lo que esto significa es que un caché de CPU relativamente pequeño mejora la velocidad, pero a medida que el caché se vuelve realmente grande, ya no ayuda tanto, y la CPU también podría buscar la información en la memoria principal.
Piénselo de esta manera: digamos que la memoria principal es como un libro de texto de 500 páginas repleto de información. Contiene todo sobre el tema, pero encontrar información significa que debe buscar en la tabla de contenido o buscar en el índice. Sabe que la información está ahí, pero se necesita un poco de tiempo para encontrar la página correcta. Ahora, piense en la memoria caché de la CPU como una pequeña computadora portátil con solo la información más importante.
Mirar este cuaderno es muy rápido y, si encuentra lo que necesita, ¡bingo! Si no es así, consulte el libro de texto de 500 páginas; sin embargo, si termina con un cuaderno de 100 páginas, ya no tiene el mismo beneficio en términos de velocidad que el portátil realmente pequeño con solo unas pocas páginas. Y, por cierto, cada página del cuaderno cuesta mucho más que una página del libro de texto. Por lo tanto, queremos mantener la caché de la CPU pequeña y eficiente.
En un sistema informático típico, la memoria principal en términos de RAM será de alrededor de dos a ocho gigabytes. Un caché de CPU en un chip moderno es del orden de varios megabytes, que es alrededor de 1000 veces más pequeño. Por tanto, las memorias caché de la CPU son muy pequeñas en comparación con la memoria principal, pero muy rápidas.
Cachés de varios niveles
Así que ha aprendido que los cachés de CPU más pequeños son más rápidos, pero un caché pequeño solo puede contener una cierta cantidad de información. Cuando esto se llena, la CPU tiene que usar la memoria principal mucho más lenta. Una solución a esto es el uso de cachés de varios niveles. Primero se accede a la caché de nivel 1 (L1) más pequeña. En el caso de una falta de caché, la CPU accede a la caché de nivel 2 (L2) mucho más grande (y ligeramente más lenta). Se pueden utilizar varias cachés adicionales antes de acceder a la memoria principal.
¿Qué estrategias ayudan a mejorar la memoria en estudiantes?
En diseños de chips más antiguos, la caché L1 estaba ubicada en el propio chip de la CPU, mientras que la caché L2 más grande estaba ubicada en la placa base directamente adyacente a la CPU. A medida que los componentes se hicieron más pequeños, se colocaron cachés adicionales en el propio chip. Esta fotografía ilustra un chip de alrededor de 2006. La parte izquierda es la CPU con un caché L1 incorporado. La parte derecha es la caché L2, ubicada dentro del mismo chip, pero como un componente separado. Tenga en cuenta que esto normalmente no es visible; para la fotografía, se quitó la cubierta protectora. Los chips de CPU actuales pueden tener hasta tres cachés: L1, L2 y L3. Se han vuelto tan pequeños que están completamente integrados en la propia CPU.
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Resumen de la lección
Una caché es un tipo de memoria relativamente pequeña, pero realmente rápida. Almacena información que se necesita con frecuencia para un acceso rápido. Un caché de CPU aumenta la velocidad de la computadora, ya que acceder a la información en el caché es mucho más rápido que acceder a la memoria principal. Los chips actuales tienen cachés de varios niveles para funcionar aún más rápido.
Los resultados del aprendizaje
Cuando haya terminado, debería poder:
- Explica qué es la memoria caché y para qué se utiliza.
- Describe la caché de la CPU y cómo funciona.
- Recite cómo procesa la información en caché de CPU de varios niveles
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