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¿Cómo funciona la memoria caché del CPU?

Actualizado el 15 septiembre, 2023 11:09:01

En los años ochenta, los procesadores de computadoras se volvieron más y más veloces, pero el acceso a la memoria se quedó atrás, lo que limitó el rendimiento.

Se necesitaba una solución para acelerar el acceso a la memoria y mejorar la eficiencia del sistema.

La diferencia entre la velocidad del procesamiento y la velocidad de acceso a la memoria llevó al desarrollo de la caché del procesador.

Básicamente, la caché es una memoria rápida que almacena un pequeño conjunto de instrucciones que la computadora probablemente necesitará en sus próximas tareas.

La información se carga en la caché mediante algoritmos complicados.

El objetivo principal de la caché es garantizar que el procesador pueda acceder de inmediato a los datos necesarios en el orden correcto.

Tipos de memoria del PC

Para comprender su funcionamiento, primero es importante saber que las computadoras utilizan tres tipos distintos de memoria.

La primera es la memoria principal, que puede ser un disco duro (HDD) o un disco de estado sólido (SSD). Esta memoria tiene una gran capacidad de almacenamiento.

Luego está la memoria RAM, que es más rápida pero de menor tamaño que la memoria principal.

Por último, pero no menos importante, está la memoria dentro del procesador, conocida como caché.

Esta es la memoria más veloz.

Cuando un programa se ejecuta, realiza una serie de comandos contenidos en su código.

Estos comandos se cargan primero en la RAM desde donde se envían a la CPU. Para ejecutar estos comandos de la manera más eficiente, el procesador necesita una memoria muy veloz, y aquí es donde la caché entra en acción.

La memoria caché

La caché es como una memoria rápida que se encuentra directamente en el procesador.

Su trabajo principal es hacer que el procesador funcione de manera más eficiente al guardar fragmentos de datos que se solicitan con frecuencia y mantenerlos listos para ser utilizados muy rápido.

La caché tiene varios niveles, llamados L1, L2, L3 y a veces L4, que varían en términos de ubicación, velocidad y tamaño.

La caché se coloca lo más cerca posible de los núcleos del procesador, y es extremadamente veloz.

Las CPU modernas y rápidas pueden obtener datos de la caché sin tener que esperar a la memoria RAM.

La caché L1, también conocida como caché primaria, es la más pequeña y rápida.

Por lo general, tiene alrededor de 64 KB por núcleo. Por ejemplo, una CPU de cuatro núcleos tendría un total de 256 KB en su caché L1.

Memoria caché L2

La caché L2 es como una memoria secundaria que se encuentra en cada núcleo de la CPU.

Es más grande que la caché L1 pero un poco más lenta que esta última, aunque aún mucho más rápida que la memoria principal de la computadora.

Por ejemplo, algunas CPUs de gama alta pueden tener hasta 32 MB de caché L2, pero en promedio suelen tener entre 6 y 12 MB.

Memoria caché L3

A diferencia de las cachés L1 y L2 que están en cada núcleo, la caché L3 funciona como un lugar de memoria compartida al que todos los núcleos de la CPU pueden acceder.

Es más lenta que las cachés L1 y L2, generalmente solo el doble de rápida que la memoria principal (RAM).

Sin embargo, es la más grande de todas las cachés. Cuando la CPU no encuentra los datos que necesita en la caché, debe buscarlos en la memoria principal más lenta, lo que se llama un “fallo de caché“.

En cuanto a borrar la caché manualmente, algunas cachés de la memoria, como la caché del sistema o la del navegador, se pueden borrar o vaciar.

Pero la caché de la CPU no se puede eliminar activamente porque es una memoria volátil.

Esto significa que no retiene su contenido después de apagar la computadora.

La cantidad de caché en una CPU es importante, pero no es la única característica a considerar.

Las velocidades de reloj, el número de núcleos y otros factores también influyen en el rendimiento de la CPU.

Una buena cantidad para la caché L1 es de 64 KB por núcleo.

Para calcularlo, divides la cantidad total entre el número de núcleos en la CPU.

En cuanto a la caché L2, 256 KB por núcleo está bien, pero si eres jugador, podrías beneficiarte de 512 KB por núcleo.

En lo que respecta a la caché L3, cualquier cantidad entre 32 y 96 MB es adecuada para la mayoría de las necesidades.

Conclusión

En resumen, la memoria caché es esencial en las CPUs modernas.

Aunque las diferencias entre L1, L2 y L3 pueden parecer complicadas, en realidad, ayudan a que una computadora funcione de manera más eficiente y rápida.

Si estás buscando comprar una CPU nueva, es importante considerar la caché como un aspecto clave de su arquitectura.

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