Qué afecta a la caché del procesador

Qué afecta a la caché del procesador

Cualquier ordenador funciona como una máquina de computación en la que se introducen datos de entrada y de la que deben salir los resultados de determinados cálculos. Para almacenar los datos de entrada y salida, se utilizan unidades de disco duro (HDD) y/o unidades de estado sólido (SSD), memoria de acceso aleatorio (RAM/RAM) y caché de CPU.

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Índice

    El efecto de la caché en el procesamiento de datos

    Aunque la RAM transfiere información de las unidades de disco a la CPU, y viceversa, con relativa rapidez incluso una RAM de muy alto rendimiento no será capaz de proporcionar una tasa de transferencia de datos tal que la CPU no esté inactiva. Para minimizar el tiempo que la CPU está esperando la información solicitada, se ha añadido al propio dispositivo procesador una memoria ultrarrápida o ultraoperativa, denominada caché. En este artículo se analizará su diseño, propósito e impacto.

    Diseño de la caché del procesador

    La caché consta de dos partes: el controlador y la memoria. La memoria es sencilla: almacena la información necesaria para el cálculo y los resultados del procesamiento de la información. El controlador actúa como gestor de peticiones y buscador de los datos solicitados en la memoria caché para realizar cálculos o enviar/recibir datos salientes y entrantes a la RAM.

    La memoria caché del procesador se divide en varios niveles, de L1 a L3. Algunos modelos contaban con L4, aunque el cuarto nivel, que se utilizaba en CPUs como la Core i7-5775C y la Core i5-5675C, se decidió abandonar por su elevado coste de venta.

    • L1 - La memoria caché L1, tiene un tamaño mínimo de no más de unos cientos de kilobytes y la mayor velocidad, permitiendo dar información inmediatamente después de la solicitud. Cada núcleo tiene su propio esquema L1. La información que se almacena en la caché L1 es necesaria o mayormente requerida para los cálculos del procesador.
    • L2 - La memoria caché de segundo nivel, un poco más en volumen, puede alcanzar un par de megabytes, por lo que ya no es tan rápida. Almacena temporalmente los datos importantes, que tienen menor prioridad en los cálculos. Como en el caso de la L1, cada núcleo tiene su propia disposición de memoria L2.
    • L3 - El tercer nivel de memoria caché, el más grande en volumen, llega a diez, e incluso es un poco más, megabytes, pero por lo tanto el más lento. Contiene datos, la probabilidad de solicitud es relativamente pequeña, mientras que el tercer nivel es común a todos los núcleos, lo que mejora la interacción entre ellos.

    El principio general del funcionamiento de la caché es el siguiente: el procesador hace una petición al controlador para recuperar algunos datos de la memoria. El controlador, siguiendo complejos algoritmos, accede secuencialmente a los niveles, es decir, de L1 a L3, en busca de la información deseada. En realidad, los algoritmos del controlador deben predecir qué información necesita el procesador para los cálculos posteriores. Si no hay datos en L1, busca a través de L2 y luego a través de L3, creando un retraso apropiado mientras la CPU espera la información requerida. Sólo cuando los datos solicitados no están en la memoria caché, hay una petición a la RAM y la CPU está realmente inactiva, la comunicación entre niveles de caché no supera los diez nanosegundos, incluso en el caso de buscar información en el último nivel L3.

    En términos generales, el esquema de funcionamiento de la memoria caché y su controlador con respecto a la CPU y la RAM puede representarse como sigue:

    Como se puede ver, hay una caché entre la CPU y la RAM, representada por el controlador y las celdas de memoria por nivel. Obtener información de cualquier célula es mucho más rápido que el "largo camino" hacia la RAM.

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    El impacto del caché

    Estrictamente hablando, la CPU no necesita una caché. Sin embargo, al hacerlo, los usuarios se enfrentaban a largos tiempos de espera mientras la RAM pasaba los datos necesarios a la CPU, y así para cada segmento de cualquier operación. Cada periodo de latencia comenzaba en un par de segundos y terminaba en varios minutos. Así, la caché de la CPU afecta principalmente a la comodidad del usuario mientras trabaja con el ordenador, reduciendo en gran medida el tiempo de espera.

    Resumiendo lo anterior, resulta que la caché afecta al rendimiento de la CPU al privarla de la necesidad de consultar cada vez los mismos datos en la RAM, almacenándolos "al lado" de la CPU. En este caso, la CPU ya no necesita actualizar constantemente la información para el mismo tipo de cálculos, y los realiza lo más rápidamente posible. Al mismo tiempo, la CPU se vuelve condicionalmente independiente de la frecuencia de la RAM, ya que la diferencia entre 1066 MHz y 2400 MHz no será de 2,25 veces, y dentro del 5% para la transferencia de información entre la CPU y la RAM.

    Cómo saber cuánta capacidad de caché tiene la CPU

    En caso de querer comprar un procesador, lo mejor sería buscar los valores de volumen del nivel de caché en la página oficial del fabricante:

    1. Un ejemplo de las especificaciones que aparecen en el sitio web de AMD.
    2. Ir al sitio web oficial de AMD

    3. Un ejemplo de las especificaciones que aparecen en el sitio web de Intel.
    4. Ir al sitio web oficial de Intel

    Si quieres saber cuánta capacidad de caché tiene tu procesador, debes utilizar el monitor del sistema "Administrador de tareas". - los valores deseados se indican en la pestaña "Rendimiento"..

    Conclusión:

    En resumen, la caché de la CPU es primordial para su rendimiento y la comodidad general del usuario cuando utiliza un PC, ya que no le obliga a estar mucho tiempo sentado frente al ordenador, esperando a que los componentes del sistema se transfieran la información necesaria para el cálculo. Al mismo tiempo, la caché eliminó la necesidad de que los usuarios seleccionaran y utilizaran el disco duro o la unidad de estado sólido más rápidos y, por tanto, más caros, junto con la memoria RAM de alta frecuencia para minimizar el ya elevado tiempo de inactividad. Por lo tanto, cuanto más grande y más segmentada sea la caché (AMD hizo una vez un L1 común para su nueva línea de procesadores, y esos salieron de muy bajo rendimiento), más rápido funciona la CPU, lo que es más conveniente para el usuario, y viceversa.

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