Memoria Caché: ¿Qué es?, ¿Cómo Funciona?, y Tipos
La memoria Caché es una pequeña memoria volátil de alta velocidad, utilizada para almacenar (temporalmente) datos, instrucciones o procedimientos a los que el procesador accede de manera habitual, esto con el fin de proporcionar un acceso mucho más rápido y eficiente a los datos más frecuentes por parte del procesador.
Nota: La Caché es denominada como SRAM, por lo tanto, este artículo es una extensión indirecta del artículo de la SRAM.
Nota: La Caché es denominada como SRAM, por lo tanto, este artículo es una extensión indirecta del artículo de la SRAM.
¿Cómo Funciona la Memoria Caché (CPU)?
La memoria caché se encarga de almacenar temporalmente copias de información que la CPU utiliza de manera frecuente, por lo tanto, cuando la CPU solicite un dato o instrucción, esta acudirá de manera inmediata a la caché L1 en busca de un acceso rápido y sin complicaciones a dicho dato/instrucción, esto con el objetivo de simplificar la búsqueda y aumentar el rendimiento general del sistema. Al encontrarse el dato en la memoria, este se denomina como un acierto de caché o cache hit.
En el caso de que la CPU no encuentre los datos o instrucciones en la caché L1, pasara a buscarlos a la caché L2, si los datos siguen sin encontrarse en este nivel de caché, esta pasará a la caché L3. Si un dato o instrucción son encontrados en un nivel de caché bajo, estos procederán a moverse a un nivel más alto con el fin de aumentar el rendimiento de la CPU.
Nota: El hecho de que un dato/instrucción se mueva de nivel de caché no es común, pero puede ocurrir.
En el caso contrario, si la CPU necesita un dato o instrucción y no es posible encontrarlo en la Caché, entonces la CPU procederá a buscar la información en la memoria principal (RAM), si tampoco se encuentra, la CPU procederá a buscarlo en la unidad de almacenamiento (HDD o SSD), lo que hace más lento todo el proceso. Al no encontrarse, este se domina como perdida de caché o cache miss.
Niveles de la Caché (L1, L2 y L3)
Memoria Caché L1
La caché principal (Cache L1) es un tipo de memoria equipada en la CPU, que consta de una velocidad extremadamente alta en comparación con los niveles de caché posteriores, por consiguiente, es el primer lugar donde la CPU buscara copias de datos e instrucciones que se han ejecutado con frecuencia. A nivel de almacenamiento se queda limitado en comparación de niveles de caches más bajos.
Este nivel de caché se divide en dos partes:
- Caché de instrucciones: Esta contiene la información de la operación que la CPU debe realizar.
- Caché de datos: Esta contiene los de la operación a ejecutar.
Memoria Caché L2
En el caso de la Caché L2, esta puede ser encontrar dentro de la CPU, no obstante, también puede estar fuera de esta, ubicada en un chip que está cerca de la CPU. En el ámbito del almacenamiento es mucho mayor que la caché principal (Cache L1), sin embargo, su velocidad es mucho menor.
Memoria Cache L3
Por último, la Cache L3 es mucho más grande en el ámbito del almacenamiento que la caché L1 y L2, pero quedándose corto con respecto a la velocidad, siendo más lento que sus niveles de caché anteriores. En un principio, la caché L3 se ubicaba fuera de la CPU, sin embargo, desde hace algunos años se ha comenzado a incorporar dentro del procesador.
A diferencia de la caché L1 y L2, este tipo de memoria es compartida por todos los núcleos del procesador, es decir, el caché L1 y L2 existen en cada núcleo de la CPU, mientras que solo existe una caché L3 para uso compartido en toda la CPU, esto permite aumentar el rendimiento tanto de la cache L1 y L2 como de la misma CPU.
Nota: El tamaño de almacenamiento de cada nivel de caché es diferente para cada Procesador.
Tipos de Caché
Caché web
La caché web o caché HTTP es una forma de almacenamiento con la finalidad optimizar una página web, esta caché se implementa tanto del lado del usuario como del lado del servidor. La caché función mediante el almacenamiento de secciones (imágenes, videos, iconos, archivos, etc.) de una página/entrada, todo con el fin acelerar el tiempo de carga de las mismas.
Caché de Disco
La caché de disco o caché buffer es una sección de almacenamiento temporal que puede estar integrado dentro del Disco Duro o la memoria RAM, con el objetivo de almacenar información de uso frecuente con el fin de acelerar la operación de lectura de datos de la misma RAM. Un ejemplo de caché de disco es la memoria Intel Optane.
Caché de Pista
La caché de pista es un tipo de memoria de estado sólido semejante a la RAM, esta se emplea únicamente en las supercomputadoras, esto con el objetivo de mejorar el rendimiento de las operaciones de lectura y escritura, con esto se evita un cuello de botella que podría perjudicar el rendimiento de todo el sistema.
