Definición de caché de CPU
Un caché de CPU es un caché utilizado por la unidad central de proceso (CPU) de una computadora para reducir el tiempo promedio de acceso a memoria.
Esta memoria caché es más pequeña y rápida; almacena copias de los datos más utilizados.
Cuando el procesador necesita leer o escribir hacia o desde un ubicación en memoria principal, éste primero chequea si dicha copia está en el caché de CPU. Si lo está, escribe/lee en la memoria caché, lo cual es más rápido que en memoria principal.
La mayoría de las CPU modernas poseen tres cachés independientes: un caché de instrucciones, un caché de datos y un TLB (Translation Lookaside Buffer).
* El caché de instrucciones: sirve para acelerar la búsqueda de instrucciones ejecutables.
* El caché de datos: sirve para acelerar la búsqueda y el almacenamiento de datos.
* TLB (Translation Lookaside Buffer): es una memoria caché administrada por la MMU, que contiene partes de la tabla de paginación, es decir, relaciones entre direcciones virtuales y reales. Sirve tanto para instrucciones ejecutables como para datos.
Utilidad del caché de instrucciones
El caché de instrucciones almacena copias de las instrucciones que la CPU necesita ejecutar con mayor frecuencia. Esto ayuda a acelerar la búsqueda y la ejecución de las instrucciones, ya que no es necesario buscarlas en la memoria principal cada vez que se necesitan.
El TLB, o Translation Lookaside Buffer, es una memoria caché especial administrada por la MMU (Memory Management Unit) de la CPU. Esta caché almacena partes de la tabla de paginación, que es utilizada para traducir las direcciones de memoria virtual a direcciones de memoria física. Al almacenar estas relaciones en el TLB, se acelera el proceso de traducción y acceso a la memoria física, tanto para las instrucciones ejecutables como para los datos.
En resumen, los cachés de CPU son herramientas importantes para mejorar el rendimiento de la CPU y reducir el tiempo de acceso a la memoria. Almacenando copias de los datos e instrucciones más utilizados, la CPU puede acceder a ellos de manera más rápida y eficiente, lo que mejora el rendimiento general del sistema.
Resumen: caché de CPU
Un caché de CPU es una memoria más pequeña y rápida utilizada por el procesador de una computadora. Almacena copias de los datos más utilizados para reducir el tiempo de acceso a la memoria principal. La CPU primero verifica si los datos que necesita están en el caché, y si es así, los lee o escribe desde allí, lo cual es más rápido que acceder a la memoria principal. La mayoría de las CPUs modernas tienen tres tipos de caché: uno para instrucciones, otro para datos y uno llamado TLB que administra las relaciones entre direcciones virtuales y reales.
¿Qué función cumple el caché de CPU en una computadora?
La función del caché de CPU es reducir el tiempo promedio de acceso a memoria al almacenar copias de los datos más utilizados. Esto permite que el procesador acceda más rápido a la información, ya que primero busca en la memoria caché antes de acceder a la memoria principal.
¿Cuáles son los tipos de cachés que se encuentran en la mayoría de las CPU modernas?
La mayoría de las CPU modernas poseen tres tipos de cachés independientes. El caché de instrucciones acelera la búsqueda de instrucciones ejecutables, mientras que el caché de datos acelera la búsqueda y el almacenamiento de datos. Por último, el TLB (Translation Lookaside Buffer) es una memoria caché administrada por la MMU, que contiene partes de la tabla de paginación.
¿Por qué es más rápido acceder a la memoria caché que a la memoria principal?
El acceso a la memoria caché es más rápido que a la memoria principal debido a que la caché es más pequeña y más rápida. Al almacenar copias de los datos más utilizados, el procesador puede acceder a ellos de forma más rápida, evitando la necesidad de buscarlos en la memoria principal, lo cual implica un mayor tiempo de acceso.
¿En qué momento la CPU busca en el caché de CPU?
La CPU busca en el caché de CPU cuando necesita leer o escribir hacia o desde una ubicación en la memoria principal. Antes de acceder a la memoria principal, la CPU verifica si la copia de los datos requeridos se encuentra en la memoria caché. Si es así, la CPU realiza la lectura o escritura en la memoria caché, lo cual es más rápido que en la memoria principal.
¿Qué función cumple el TLB (Translation Lookaside Buffer)?
El TLB es una memoria caché administrada por la MMU que contiene partes de la tabla de paginación, que relaciona las direcciones virtuales con las direcciones reales. Su función es almacenar estas relaciones para acelerar tanto la búsqueda de instrucciones ejecutables como el acceso a datos. Así, el TLB evita la necesidad de buscar en la tabla de paginación cada vez que se requiere una dirección de memoria.
¿Qué sucede si los datos requeridos no se encuentran en la memoria caché de CPU?
Si los datos requeridos no se encuentran en la memoria caché de CPU, se producirá un "cache miss" o fallo de caché. En este caso, la CPU deberá buscar los datos en la memoria principal, lo cual implica un mayor tiempo de acceso. Sin embargo, una vez que los datos se encuentren en la memoria caché, futuros accesos a ellos serán más rápidos gracias a la memoria caché.
Tecnologías empleadas en CPUs |
|
| • Arquitectura |
• Harvard (Modified Harvard) • von Neumann • Dataflow • TTA |
| • Conjunto de instrucciones |
• ASIP • CISC • EDGE • EPIC • MISC • MIPS • NISC • OISC • RISC • TRIPS • VLIW • ZISC |
| • Tamaño de palabra (word) |
• 1 bit • 4 bit • 8 bit • 9 bit • 10 bit • 12 bit • 15 bit • 16 bit • 18 bit • 22 bit • 24 bit • 25 bit • 26 bit • 27 bit • 31 bit • 32 bit • 33 bit • 34 bit • 36 bit • 39 bit • 40 bit • 48 bit • 50 bit • 60 bit • 64 bit • 128 bit • 256 bit • 512 bit • bit variable |
| • Ejecución (ciclo de instrucción) |
• Segmentación (pipelining): Bubble, Operand forwarding |
| • Computación paralela |
• Paralelismo a nivel de Bit: bit-serial, palabra • Paralelismo a nivel de Instrucción: escalar, superescalar • Paralelismo de Datos: vector • Paralelismo a nivel de Memoria (MLP) • Paralelismo a nivel de Tareas: hilo de ejecución (thread) |
| • Multihilo |
• Temporal multithreading • Simultaneous multithreading: HyperThreading |
| • Taxonomía de Flynn |
• SISD • SIMD • MISD • MIMD (SPMD) • Modos de direccionamiento (addressing mode) |
| • Tipos |
• Procesador digital de señales (DSP) • GPGPU • Microcontrolador • Unidad de procesamiento físico (PPU) • System on a chip (SoC) • Celular (cellular architecture) |
| • Componentes |
• Unidad de generación de direcciones (address generation unit o AGU) |
| • Gestión de energía |
• APM • ACPI • Escala de frecuencia dinámica (Dynamic frequency scaling) • Escala de tensión dinámica (Dynamic voltage scaling) • Gating de reloj (clock gating) |
| • Seguridad por hardware de CPU |
• NX bit |
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Autor: Leandro Alegsa
Actualizado: 17-06-2023
¿Cómo citar este artículo?
Alegsa, Leandro. (2023). Definición de caché de CPU. Recuperado de https://www.alegsa.com.ar/Dic/cache_de_cpu.php
