Hardware | 25/05/2021

O que é e para que serve a memória Cache do processador

Memória Cache do processador: entenda, de maneira prática, o que é e como é seu funcionamento.

 

A memória cache funciona como uma biblioteca de acesso rápido que existe dentro de computadores e dispositivos móveis. Ela tem o objetivo de guardar dados, informações e processos temporários acessados com frequência e assim agilizar o processo de uso no momento em que são requisitados pelo usuário.

Desse modo, a memória cache pode ser considerada um pequeno componente que consta dentro do processador. Sem utilizarmos exemplos específicos de arquiteturas de processadores, podemos imaginar a cache como um pequeno módulo com subcomponentes. Você já viu como é a memória RAM do seu computador? Então, é como pegar um daqueles blocos da RAM e colocar dentro de um processador.

 

 

E aí, ficou curioso em saber mais sobre o que é a memória cache e qual sua função nos computadores? Então vamos lá!

 

Como surgiu a Memória Cache e qual o seu papel?

A memória cache foi desenvolvida no momento em que a memória RAM não estava mais acompanhando o desenvolvimento dos processadores.

As caches surgiram primeiramente nos computadores voltados à pesquisa científica, no início da década de 1960, sendo implementadas em computadores convencionais alguns anos mais tarde, ainda na mesma década. Atualmente, praticamente todas as máquinas comerciais desenvolvidas, desde os computadores low-end a high-end, incluem a memória cache em seu hardware.

A memória RAM, independente da sua quantidade, faz o processador “esperar” algum tempo para que os dados sejam liberados. Nesse sentido, para entender melhor como funcionam as memórias caches, é necessário compreender como um computador opera internamente. 

Quando o usuário clica para abrir um arquivo ou um software, o processador envia uma solicitação para a memória RAM. Após isso, a memória RAM procura o dado que o usuário quer acessar no disco rígido (HD). Quando o arquivo é encontrado, é copiado para a memória RAM e enviado para o processador. Em seguida, o processador destina as informações para a placa de vídeo, que pela VGA exibe o arquivo no monitor.

 

cache

 

É no espaço de tempo em que o processador e a memória RAM estão “conversando” que a memória cache começa seu trabalho. Esta memória, embora seja bem menor em capacidade de armazenamento, é mais rápida para acessar as informações mais utilizadas.

 

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Memória Cache e o princípio da temporalidade

Assim como você não precisa acessar todos os livros de uma biblioteca de uma única vez, com igual prioridade, quando está procurando algum tema específico, do mesmo modo, um programa não acessa todo o seu código e todos os seus dados de uma vez com igual probabilidade. Caso isso ocorresse, seria impossível fazer com que os acessos a essa memória fossem velozes.

Dessa forma, seguindo essa lógica, seria impossível para você colocar todos os livros de uma biblioteca em cima da sua mesa, mantendo a chance de encontrar de forma rápida a informação que você precisa naquele momento.

 

cache

 

O chamado princípio da localidade é uma propriedade importante para que tenhamos sistemas computacionais eficientes em diversos cenários reais. Nesses sistemas, o acesso aos recursos tende a não ser igualmente provável, ou seja, utiliza-se a lógica. 

Além disso, o projeto de sistemas pode considerar o padrão de acesso do usuário (lógica) aos recursos como forma de aumentar o desempenho do computador. Assim, existem dois diferentes tipos de localidade:

  • Localidade Temporal: se um item é utilizado, ele tende a ser utilizado novamente dentro de um curto espaço de tempo. Desse modo, se você tiver trazido um livro para sua mesa para examiná-lo é provável que em breve você vai necessitar dele novamente.
  • Localidade Espacial: se um item é utilizado, itens cujos endereços sejam semelhantes a eles tendem a ser logo utilizados também. Seguindo a lógica quando você pesquisa sobre determinado tópico, na sequência você irá ler o tópico consecutivo, adjacentes ao primeiro.

Assim como os acessos aos livros da biblioteca que estão sobre a mesa exibem localidade, tal propriedade aparece nos programas de computador. Por exemplo, a imensa maioria dos softwares utiliza-se de comandos da programação para realizar loops (for, while, repeat, do, etc), de maneira que as instruções e os dados tendem a ser acessados de maneira repetitiva, exibindo um alto grau de localidade temporal. 

Se levar em conta que as instruções são na maioria das vezes acessadas de forma sequencial, os programas também exibem um alto grau de localidade espacial.

A partir do uso da memória cache, houve um aumento considerável de desempenho dos computadores, esse tempo que o processador economiza na busca dos dados é redirecionado em outras tarefas que o sistema operacional necessita, nesse sentido, quem ganha com tudo isso é você.

Caso não existisse a memória cache, o desempenho dos computadores atuais cairia em mais de 95%, devido à limitação de velocidade da memória RAM. Nesse sentido, caso dependesse apenas da RAM, o processador ficaria tempo demais esperando os dados chegarem, e não usaria sua capacidade total, para qual foi desenvolvida que é a velocidade de processamento de dados e informações.

Além disso, existem 3 tipos de cache, conhecidos como L1 (primário), L2 (secundário) e o L3, que atua como secundário também. Os três são introduzidos no processador (antigamente somente o L1 era), devido ao fato de que a distância entre os caches pode interferir na transferência de dados. A cada novo processador, é desenvolvido um novo tipo de memória cache para acompanhar sua velocidade.

 

cache

 

Uma curiosidade a respeito dos tipos de cache, é que o L1 é dividido em memória de instrução e memória para dados. Devido a isso, o processador busca direto a memória de instrução, se estiver buscando uma instrução, ou irá direto à memória de dados, se estiver buscando um dado. Isso torna ainda mais ágil o trabalho do processador.

Atualmente é inviável, mas em um futuro próximo a memória cache pode se transformar na memória principal dos computadores, e isto auxiliará muito no desempenho das máquinas. Pouco tempo atrás a memória Cache do processador era em média 256k, atualmente está em 256 MB de cache, e a expectativa é que logo teremos memórias cache ainda maiores. Além disso,  o preço dos processadores continuará subindo cada vez mais em razão da conjuntura econômica atual devido a pandemia da Covid-19, pois devido a ela o Brasil está enfrentando uma alta da inflação e assim, o dólar está com uma grande diferença se comparado ao real.

 

E aí, gostou de saber mais sobre a memória cache e para o que ela serve? Entre em contato com um de nossos consultores e monte a workstation perfeita para sua necessidade profissional!

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