¿Qué tan importante es un caché de procesador?

¿Qué tan importante es un caché de procesador? El caché del procesador es una parte extremadamente importante de la computadora moderna. Cuando las computadoras eran más lentas, había una diferencia menor en la velocidad entre la velocidad de transferencia de memoria de la computadora y la velocidad que el procesador realiza los cálculos.

El procesador puede realizar cálculos solo tan rápido como puede ser alimentado con datos. Si el procesador no tiene ningún dato para calcular en un ciclo, el ciclo se pierde y el cálculo no se realizará hasta el próximo ciclo. El trabajo de la memoria caché del procesador es eliminar tantos ciclos desperdiciados como sea posible.

¿Qué es la caché del procesador?

La memoria caché del procesador es una memoria rápida a la que el procesador puede acceder lo más rápido posible. El tipo de memoria utilizada en el caché del procesador está en el mismo troquel que el procesador y es mucho más caro de producir que la RAM normal. El caché del procesador es sustancialmente más rápido que la memoria RAM del sistema y contiene información a la que el procesador accederá de manera inmediata y repetida. La memoria más rápida se ejecuta a una frecuencia de actualización más cercana a la velocidad de reloj de la CPU, lo que minimiza los ciclos desperdiciados. De acuerdo con el colaborador de Linux GNU C Library, Ulrich Drepper, las computadoras usualmente tienen aproximadamente un décimo del porcentaje de memoria caché que la memoria RAM principal.

Niveles de caché

La memoria caché del procesador ha crecido desde un solo nivel hasta tres niveles en una CPU moderna. Los niveles de caché más bajos son más rápidos y contienen menos memoria que los niveles de caché más altos. Los niveles de caché se conocen como L1 para el nivel uno, L2 para el nivel dos y así sucesivamente. Los niveles se alimentan a L1, que trabaja directamente con la CPU de la computadora. Esta práctica existe porque es más barato y más práctico tener una caché L3 más grande a la que se puede acceder fácilmente mediante la caché L2 que tener una caché L2. Los múltiples niveles juegan unos contra otros para mejorar el rendimiento del sistema. Según el autor de «PC Architecture» Michael Karbo, un aumento de la velocidad de la CPU del 10% y la duplicación del tamaño de la memoria caché pueden llevar a un aumento del rendimiento del 30%.

Línea de ciclos

La memoria caché del procesador puede mejorar sustancialmente el rendimiento del sistema asegurándose de que la CPU tenga datos para procesar en tantos ciclos como sea posible. La CPU procesa los datos en ciclos, lo que significa que recibe y genera información a través de cada uno de estos procesos de nano segundos de duración. El objetivo de la memoria caché L1 es alinearse con la CPU para que tenga datos con los que trabajar en cada ciclo. La memoria caché L2 puede ser capaz de alimentar datos a la memoria caché L1 cada tercer ciclo, mientras que la memoria caché L3 puede alimentar datos solo cada 12 ciclos. Los tres niveles intercambian datos basados ​​en las necesidades de la CPU.

Reducción del ciclo desperdiciado

El proceso de almacenamiento en caché mejora en gran medida la velocidad de procesamiento porque la memoria RAM del sistema solo puede alimentar datos una vez cada 50 ciclos o con una eficiencia del 2 por ciento. El proceso de transferencia de datos en niveles mueve los datos a los que se accede repetidamente a una memoria más rápida según sea necesario para aumentar la eficiencia del 2 por ciento a la eficiencia del 98 por ciento. Cuanto más rápida sea la CPU, más memoria caché del procesador se necesita para mejorar el rendimiento.

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