¿Qué importancia tiene una caché de procesador?

En los primeros días de la informática, todo corría un poco más lento de lo que vemos hoy. Esto no solo se debió a que las unidades centrales de procesamiento de las computadoras (CPU) eran lentas, sino también a que el rendimiento dependía en gran medida de la memoria limitada.

A medida que los microprocesadores se aceleraban, la memoria seguía siendo lenta, por lo que se hizo necesario crear algo llamado "caché" para cerrar esa brecha. Sin un caché, su sistema funcionaría mucho más lentamente.

Caché de CPU y Memoria

Puede pensar que lo que hace en su computadora es impredecible, pero la verdad es que su equipo lo conoce mejor de lo que cree. Una CPU captura la información de uso frecuente de la memoria principal en una caché, a la que puede acceder sin tener que volver a la memoria principal de la computadora cada vez que realiza una tarea.

Un acierto de caché significa que su sistema pudo recuperar con éxito la información que necesitaba de este almacenamiento. Sin embargo, ocasionalmente su sistema experimentará una falta de caché , lo que significa que no pudo recuperar los datos de la caché y en su lugar tuvo que ir a otro lugar para obtenerlos. Afortunadamente, existen diferentes tipos de caché, lo que significa que su sistema no tiene que trabajar horas extras simplemente porque la información no se pudo recuperar de inmediato.

Localidad de referencia

El concepto de caché de procesador se inscribe en un proceso informático más general denominado localidad de referencia. La localidad de referencia se refiere a la capacidad del software para hacer referencia a un subconjunto de ubicaciones de memoria durante un período de tiempo establecido. Generalmente, estas ubicaciones están cerca unas de otras. Esto se hace mediante instrucciones escritas como bucles y llamadas a subrutinas.

Hay dos formas en que los datos se mueven desde la memoria principal a la memoria caché de una computadora. Con la localidad temporal , la computadora sabe que la información se utilizará pronto, por lo que se almacena en la memoria caché para facilitar la recuperación. La otra forma es la localidad espacial , que se refiere a una situación en la que se está obteniendo información, pero es posible que pronto se necesiten datos cercanos.

Diferentes niveles de caché

Las computadoras de hoy tienen varios niveles de caché, que es donde es importante señalar la diferencia entre la caché L1, L2 y L3 . Las primeras CPU usaban solo un nivel de caché, pero a medida que la tecnología evolucionó, se hizo necesario separar estas áreas de recuperación de memoria para que los sistemas pudieran mantenerse al día. Los tres niveles son:

  • Caché L1: este es el caché principal. Es rápido, pero también pequeño, por lo que está limitado en cuanto a lo que puede almacenar. Normalmente está integrado en el chip del procesador.
  • Caché L2: también conocido como caché secundario, el caché L2 se puede incrustar en el chip del procesador o en un chip separado con un bus de alta velocidad que lo conecta a la CPU.
  • Caché L3: este caché de procesador es una memoria especializada que puede servir como respaldo para sus cachés L1 y L2. Puede que no sea tan rápido, pero aumenta el rendimiento de su L1 y L2.

Determinación del rendimiento de la memoria caché

Los aciertos y errores de caché pueden decirles a los profesionales de TI bastante sobre el rendimiento de una computadora. Al monitorear la memoria caché en el microprocesador , puede observar la proporción de aciertos para ver dónde puede estar rezagado el rendimiento. Esto se hace usando la siguiente fórmula: proporción de aciertos = aciertos / (aciertos + fallos) = número de aciertos / accesos totales.

Si el índice de aciertos está desactivado, hay algunas cosas que puede hacer para mejorar el rendimiento de la caché de su computadora. Puede usar un tamaño de bloque de caché más alto , usar una asociatividad más alta, reducir la tasa de errores de su computadora o la penalización de errores, o reducir el tiempo de acceso en el caché.

Aumento de la memoria caché

Si ha notado que su computadora funciona lentamente, es posible que desee considerar aumentar su memoria caché. Esto se hace actualizando su CPU y chips de caché. Por supuesto, la forma más fácil de hacer esto es simplemente comprar una computadora nueva, pero si por lo demás funciona perfectamente, puede valer la pena una actualización parcial.

Por lo general, la única forma de mejorar su memoria caché es destripar su computadora; Verá que la mayoría de las placas base no admiten la actualización de su CPU. Sin embargo, si tiene una placa base más antigua, es posible que tenga ranuras que le permitan introducir una caché L2 o L3 de mayor capacidad.

Otros cachés

La forma en que se asigna una memoria caché en un microprocesador también ha evolucionado a lo largo de los años. Inicialmente, las computadoras usaban arquitectura de escritura directa , lo que significaba que cuando los datos entraban en la caché, también se actualizaban automáticamente en la RAM de la computadora. Sin embargo, esto tendió a ralentizar las cosas a pesar de que redujo el riesgo de pérdida de datos.

Las computadoras actuales están diseñadas para que la RAM no se actualice inmediatamente cuando los datos se escriben en la caché. Esos datos se almacenan en la memoria caché del procesador y luego se envían a la RAM a intervalos programados. Si los datos son antiguos o faltan, la RAM puede tomar esas actualizaciones del caché para minimizar los riesgos, pero de lo contrario, permanece en el caché para mantener la computadora a la velocidad máxima de funcionamiento.

Asignación de memoria caché

Además de la jerarquía L1, L2 y L3, la caché de la CPU también usa configuraciones para controlar cómo se escriben los datos. Hay tres tipos diferentes de configuraciones:

  • Caché mapeado directo : con esta configuración, cada bloque se asigna a una ubicación de caché, especificada de antemano.
  • Asignación de caché totalmente asociativa : esta configuración es como una caché mapeada directamente en la estructura, pero un bloque se puede asignar a cualquier ubicación en lugar de a una ubicación de caché específica.
  • Establecer mapeo de caché asociativo : se encuentra entre los dos extremos del mapeo de caché con mapeo directo y totalmente asociativo. Aunque la asignación está preespecificada, cada bloque se asigna a un subconjunto de varias ubicaciones de caché, en lugar de tener solo una designada.

Apagado y memoria

Si sabe algo sobre la memoria de acceso aleatorio , o RAM, sabe que almacena información temporalmente. Cuanta más RAM tenga su computadora, menos trabajo tendrá que hacer su CPU para ejecutar tareas, lo que evita ralentizaciones no deseadas. Hay dos tipos principales de RAM en una computadora: RAM dinámica (DRAM) y RAM estática (SRAM).

Lo más probable es que su sistema se ejecute en DRAM, que es el tipo predominante ya que SRAM es más caro. Cada celda de memoria en DRAM tiene un circuito con un transistor y un capacitor, con el capacitor almacenando cada bit de datos. Para mantener los datos, la DRAM debe actualizarse cada pocos milisegundos, ya que la información tiende a filtrarse de los condensadores.

Caché versus memoria principal

Al igual que la DRAM, la memoria caché de la CPU pierde su memoria cuando apaga la computadora. Vuelva a encenderlo y su caché comenzará a recopilar información desde cero.

Sin embargo, existen algunas diferencias entre la memoria caché de la CPU y la DRAM:

  • Encontrará DRAM en la placa base, y la CPU llegará a ella a través de una conexión de bus.
  • La memoria caché suele duplicar la velocidad de la DRAM.
  • A diferencia de DRAM, que debe actualizarse con frecuencia, la caché no necesita actualización .

Caché versus memoria virtual

Cuando escuche algo llamado “memoria virtual”, puede confundirlo con caché. La memoria virtual es algo que genera el sistema operativo para evitar la pérdida de datos debido a la falta de memoria física en un momento determinado. Esto es diferente de la caché en que el sistema operativo mueve datos inactivos de la RAM del sistema al almacenamiento en disco.

La memoria virtual permite que una computadora ejecute múltiples programas por separado sin riesgo de pérdida de datos. El sistema operativo no solo mueve los datos al almacenamiento, sino que también vincula la memoria activa a la memoria inactiva en esos discos para que todo funcione de manera eficiente. Usted, el usuario final, nunca se da cuenta de que esto está sucediendo.

Acelerando su computadora existente

Si encuentra que su computadora es lenta, hay algunas cosas que puede hacer sin tener que comprar una computadora nueva o indagar demasiado en el funcionamiento interno de la que tiene. Si está experimentando ralentizaciones, podría ser simplemente que no tiene suficiente RAM para manejar las diversas tareas que está tratando de que su computadora realice.

Cuando apaga su computadora, la memoria caché del procesador y la RAM se agotan por completo. Reiniciar su computadora puede reparar instantáneamente cualquier problema relacionado con la memoria. Si usted es una de las muchas personas que rara vez reinicia, sus problemas de rendimiento continuos podrían resolverse simplemente estableciendo una hora cada día para reiniciar su computadora.

Puede verificar su uso de memoria en el Administrador de tareas de Windows o en el Monitor de actividad de Mac. Tener una idea de lo que sucede detrás de escena puede ser una excelente manera de decidir qué debe hacer para mejorar el rendimiento. Podría ser simplemente una cuestión de que una determinada aplicación se ejecute en segundo plano, consumiendo demasiada memoria. Eliminar o configurar esa aplicación para que no se abra al inicio puede solucionar ese problema en solo unos pocos pasos.

Comprar una computadora nueva

Si está comprando una computadora nueva, puede obtener la mayor ventaja posible buscando un dispositivo con mucha RAM. Cuanta más RAM tenga su sistema, más programas podrá ejecutar a la vez sin afectar el rendimiento. Esto es especialmente cierto si participa en actividades que requieren mucha memoria, como la transmisión de video y los juegos.

Su CPU también influirá en gran medida en el rendimiento de su computadora. Un procesador Intel o AMD es la mejor opción. Los expertos recomiendan un procesador Intel 9th ​​Generation Core si planeas jugar, con un AMD Ryzen 2000 funcionando bien si planeas editar videos. Si solo está realizando tareas estándar, es probable que cualquiera de ellas le dé un buen impulso a la memoria caché en su microprocesador.

Instalación de más RAM

Si simplemente desea mejorar el rendimiento, más RAM es una de las formas más fáciles de darle un impulso a su computadora. Primero, deberá verificar para asegurarse de que su placa base admita la velocidad y el tamaño de RAM que usará, así como el tipo de RAM que es. Es probable que esté seguro si se queda con la RAM que es DDR4 y tiene un rango de 2133 MHz a 4700 MHz . Las PC más antiguas a menudo solo llegarán hasta DDR3, por lo que es posible que deba invertir en módulos más antiguos si desea quedarse con su placa base actual.

Estos son los pasos a seguir para instalar más RAM:

  • Apague su sistema y retire el cable de alimentación. Desenchufe todos los demás cables de la parte posterior de su computadora.
  • Retire el panel lateral para que pueda acceder más fácilmente a las ranuras de RAM dentro de su computadora.
  • Expulsa cualquier RAM que tengas instalada actualmente.
  • Instale la nueva RAM alineando los bordes con las ranuras de la placa base y presiónelas en su lugar con un empujón firme. Debería entrar con bastante facilidad de esta manera. Si no es así, es posible que deba voltearlos hacia el otro lado.
  • Mueva las palancas de RAM una vez que estén colocadas en su lugar para asegurarse de que estén completamente adentro.
  • Vuelva a colocar el panel lateral y vuelva a insertar todos los cables, incluido el cable de alimentación.
  • Inicie su sistema. Verifique que el sistema esté registrando la nueva cantidad de RAM.