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pichichiLa memoria caché del procesador

La memoria caché en un microprocesador?

Una memoria caché es una memoria en la que se almacenas una serie de datos para poder tener un acceso más rápido.

Hay que mencionar que existen muchas memorias caché dentro de las partes que componen un ordenador por ejemplo hay memoria cache de: disco duro, sistema y de datos (como es el caso de la caché que se guarda por los buscadores de internet como: Google, yahoo, Bing etc…).

Pero en este post nos centraremos en la caché de los procesadores.

Básicamente, la memoria caché de un procesador es un tipo de memoria volátil (del tipo RAM), pero de una gran velocidad.

En la actualidad esta memoria está integrada en el procesador, y su propósito principal es almacenar una serie de instrucciones y datos a los que el procesador accede continuamente, con la finalidad de que estos accesos sean instantáneos. Estas instrucciones y datos son aquellas a las que el procesador necesita estar accediendo de forma continua, por lo que para el rendimiento del procesador es imprescindible que este acceso sea lo más rápido y fluido posible.

Las memorias caché son extremadamente rápidas (su velocidad es unas 5 veces superior a la de una RAM de las más rápidas), con la ventaja añadida de no tener latencia, por lo que su acceso no tiene ninguna demora… pero es un tipo de memoria muy costosa.
Esto, unido a su integración en el procesador (ya sea directamente en el núcleo o no) limita bastante el tamaño, por un lado por lo que encarece al procesador y por otro por el espacio disponible.

En cuanto a la utilización de la caché L2 en procesadores multinucleo, existen dos tipos diferentes de tecnologías a aplicar.

Por un lado está la más conocida y utilizada por Intel, que consiste en que el total de la caché L2 está accesible para ambos núcleos y por otro está la utilizada por AMD, en la que cada núcleo tiene su propia caché L2 dedicada solo para ese núcleo.

Solo como dato: La caché L2 apareció por primera vez en los Intel Pentium Pro, siendo incorporada a continuación por los Intel Pentium II, aunque en ese caso no en el encapsulado del procesador, sino externamente (aunque dentro del procesador).

Existen 3 tipos diferentes de memoria caché para los procesadores:

Caché de 1er nivel ó L1
Caché de 2do Nivel ó L2
Caché de 3er Nivel ó L3

pichichiMemoria Cache L3 de los procesadores

Caché de 3er nivel (L3):

Es un tipo de memoria caché más lenta que la L2 y la L1, muy poco utilizada en la actualidad.

En un principio esta caché estaba incorporada a la placa base (Motherboard) y no al procesador con la memoria de primer nivel y la de segundo nivel.

Su velocidad de acceso es más lenta que la L1 y L2, pero eso si este tipo de memoria es mucho más rápida que de la memoria RAM que se utilizaba en la época.

La velocidad depende mucho de la comunicación entre el procesador y la placa base.

Para hacernos una idea más precisa de esto, imaginemos que en un extremo se encuentra el procesador y en el otro la memoria RAM. Y que entre ambos se encuentra la memoria caché, esta será más rápida entre más cerca se encuentre del núcleo del microprocesador (L1).

Hay algunos procesadores AMD que se han vuelto famosos con la caché L3 como es el caso del procesador: AMD Phenom II que entre sus cualidades se encuentra en que aumento la cantidad de cache L3. De hecho, ésta se incrementó de una manera generosa, pasando de los 2 MB del Phenom original a 6 MB y según informes de usuarios que prefieren los procesadores AMD esto ha llegado a producir mejoras en el rendimiento de hasta un 30%.

pichichiMemoria Caché L2 de los Procesadores

Memoria Caché L2 de los Procesadores

Caché de 2do nivel ó L2:

Esta memoria al igual que la de primer nivel (L1) también está Integrada en el microprocesador, aunque no directamente en el núcleo de este, tiene las mismas ventajas que la caché L1, aunque su velocidad es un poco más lenta.

La caché L2 suele ser mayor que la caché L1, pudiendo llegar a superar los 4MB.
A diferencia de la caché L1, esta no está dividida, y su utilización está específicamente dedicada a los programas.

pichichiMemoria Caché de 1er Nivel: L1 (procesadores)

Memoria Caché de 1er Nivel: L1 (procesadores).

Caché de 1er nivel (L1):


Esta caché está integrada en el núcleo del procesador y trabaja a la misma velocidad del microprocesador.

La cantidad de memoria caché L1 varía de un procesador a otro, estando normalmente entre los 64KB y los 256KB.

Esta memoria suele a su vez estar dividida en dos partes dedicadas, una específicamente para todas las instrucciones y la otra para los datos.

pichichiFabricación de un Microprocesador.

Cuando los transistores comenzaron a desbancar a los tubos de vacío en la mayoría de Circuitos Electrónicos, el material que utilizaban para construirlos era el Germanio o El Silicio este último es el elemento más abundante en la corteza terrestre (27.7%) después del Oxigeno.

45nm_wafer

El proceso de fabricación de un Microprocesador es complejísimo, y apasionante.

Todo comienza con un buen puñado de arena (compuesta básicamente de silicio), con la que se fabrica un Monocristal de unos 20 x 150 centímetros. Para ello, se funde el material en cuestión a alta temperatura (1370º C) y muy lentamente (10 a 40 mm por hora) se va formando el Cristal.

procesador

De este Cristal, de cientos de kilos de peso, se cortan los extremos y la superficie exterior, de forma de obtener un cilindro perfecto.

Luego, el cilindro se corta en obleas (Wafer) de menos de un milímetro de espesor, utilizando una sierra de diamante.

De cada cilindro se obtienen miles de Wafers, y de cada oblea se fabricarán varios cientos de microprocesadores.




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