LA MEMORIA CACHE

 
Desde la aparición en el mercado de procesadores con frecuencia de reloj de 25 o incluso 33 MHz o mas, una memoria de trabajo constituida por RAM dinámica ya no esta preparada para satisfacer las exigencias de la CPU en términos de tiempo de acceso.

Con esas frecuencias, el procesador se ve forzado a aguardar continuamente hasta que la memoria de trabajo reaccione, lo cual conlleva que su capacidad operativa no sea aprovechada al máximo.

En principio, la memoria de trabajo debería poder ser sustituida completamente por componentes estáticos de RAM que permitiesen intervalos de acceso bastante más breves.

Pero esto seria demasiado caro. Por eso, en los casos en relación a equipos 386 y 486 de altas frecuencias, se ha recurrido a un método que ya se utilizaba en las gigantescas computadoras de los años setenta:

 la instalación de una RAM cache externa. "Externa" quiere decir, en este contexto, que se sitúa fuera de la CPU, en su entorno y unida a ella por el sistema bus.

En los 486, la memoria caché, que estamos describiendo recibe también el nombre de "caché, de segundo nivel", se ubica físicamente sobre la placa madre y consta de una serie de componentes est ticos de RAM con una capacidad de 64 o 256 kilobits.

Así pues, con este procedimiento pueden obtenerse cachés de 64 o 256 kilobytes, tamaño bastante inferior al de la memoria de trabajo. La vigilancia de la memoria caché corre a cargo del controlador caché 82385 de Intel.
 
EL FUNCIONAMIENTO DE LA RAM CACHE

 
La RAM caché está, pues, situada entre la CPU y la memoria de trabajo y opera a modo de memoria intermedia. Dado que las computadoras compatibles IBM procesan las instrucciones de forma secuencial (por orden de llegada), los mejores programas son los escritos partiendo del "principio de localidad". Este principio determina que al ponerse en marcha el programa se utilicen partes de memoria de un sector inmediato, ubicadas en serie y lo más cerca posible unas de otras. Los saltos a zonas de la memoria más alejadas ("far jumps") son poco frecuentes.

Para activar un bucle de programación que vaya a ejecutarse con asiduidad, debe extraerse de la memoria una y otra vez la misma instrucción. La memoria caché funciona de forma que ante una solicitud de la CPU, el fragmento de la memoria a leer y el que le sigue han de ser cargados primero en la memoria caché y luego enviados a la CPU. Cualquier usuario que conozca las bases técnicas de la programación sabe que la próxima solicitud de la CPU hará  referencia al mismo sector de la memoria o a uno vecino del anteriormente consultado. Así, con este método al memoria caché puede satisfacer, en la mayoría absoluta de los casos, las consultas formuladas. Si no dispusiéramos de ella, la memoria de trabajo tendría, una vez mas, que pasar a la acción.

El procedimiento descrito optimiza, asimismo, los accesos del procesador a la memoria de trabajo. El aprovechamiento de la operatividad de los procesadores de alto rendimiento depende, así, de la capacidad que tenga la memoria caché de satisfacer a la CPU. Frente a un fallo de la caché la CPU se ve obligada a recurrir a la relativamente mas lenta memoria de trabajo. Los fabricantes de placas madre utilizan estrategias de caché muy diversas. Las diferencias residen en la manera de almacenar y localizar los datos y los usos que se le dan al contenido de esta memoria.

También los procesos de reproducción, es decir, los principios que rigen el modo de copiar la memoria de trabajo sobre la caché, pueden diferir unos de otros. Las dimensiones de la memoria caché son igualmente importantes, pero no vamos a recrearnos aquí ¡sobre las peculiaridades que distinguen a un principio de reproducción asociativo total de uno parcial.

En resumen puede decirse que las placas con una frecuencia idéntica pero con o sin caché, externa son tan diferentes como la noche del día. Solo mediante una RAM caché puede aprovecharse de forma real toda la capacidad de un procesador. Incluso en las placas 386SX las diferencias mencionadas se hacen palpables.

Respecto a las dimensiones de la memoria caché, cabe señalar que una computadora con el DOS tiene mas que suficiente con 64 Kb (es el tamaño ideal). Comparaciones efectuadas revelaron que, por ejemplo, un 486 que opere bajo el DOS se vera alentizado en proporción a las dimensiones de la caché instalada. El rendimiento del mismo, tras la ampliación de una memoria caché de 64 a 256 kilobytes se redujo en un 10% aproximadamente. Bajo el OS/2, en cambio, se constató un claro aumento de la capacidad operativa.