¿Cuál es la diferencia entre RAM y memoria caché?

Si es un entusiasta de la tecnología, es posible que haya oído hablar de los cachés y de cómo funcionan con la memoria RAM de su sistema para hacerlo más rápido. Pero, ¿alguna vez te has preguntado qué es el caché y en qué se diferencia de la RAM?

Bueno, si es así, estás en el lugar correcto porque veremos todo lo que diferencia la memoria caché de la RAM.

Conozca los sistemas de memoria en su computadora

Antes de comenzar a comparar la memoria RAM con el caché, es importante comprender cómo está diseñado el sistema de memoria de una computadora.

Verá, tanto la RAM como el caché son sistemas de almacenamiento de memoria volátil. Esto significa que ambos sistemas de almacenamiento pueden almacenar datos temporalmente y solo funcionan cuando se les suministra energía. Por lo tanto, cuando apaga su computadora, todos los datos almacenados en la RAM y el caché se eliminan.

Por esta razón, cualquier dispositivo informático tiene dos tipos diferentes de sistemas de almacenamiento: memoria primaria y secundaria. Las unidades son la memoria secundaria en un sistema informático donde guarda sus archivos, capaces de almacenar datos cuando está apagado. Por otro lado, los sistemas de memoria primaria suministran datos a la CPU cuando se encienden.

Pero, ¿por qué tener un sistema de memoria en la computadora que no puede almacenar datos cuando está apagado? Bueno, hay una gran razón por la que los sistemas de almacenamiento primario son la quintaesencia de una computadora.

Verá, aunque la memoria principal de su sistema no puede almacenar datos cuando no hay energía, son mucho más rápidos en comparación con los sistemas de almacenamiento secundarios. En cuanto a los números, los sistemas de almacenamiento secundario como los SSD tienen un tiempo de acceso de 50 microsegundos.

Por el contrario, los sistemas de memoria primaria, como la memoria de acceso aleatorio, pueden suministrar datos a la CPU cada 17 nanosegundos. Por lo tanto, los sistemas de memoria primaria son casi 3000 veces más rápidos que los sistemas de almacenamiento secundarios.

Debido a esta diferencia de velocidades, los sistemas informáticos vienen con una jerarquía de memoria, lo que permite que los datos se entreguen a la CPU a velocidades asombrosamente rápidas.

Así es como los datos se mueven a través de los sistemas de memoria en una computadora moderna.

• Unidades de almacenamiento (memoria secundaria): este dispositivo puede almacenar datos de forma permanente, pero no es tan rápido como la CPU. Debido a esto, la CPU no puede acceder a los datos directamente desde el sistema de almacenamiento secundario.
• RAM (memoria primaria): este sistema de almacenamiento es más rápido que el sistema de almacenamiento secundario, pero no puede almacenar datos de forma permanente. Por lo tanto, cuando abre un archivo en su sistema, se mueve del disco duro a la RAM. Dicho esto, incluso la RAM no es lo suficientemente rápida para la CPU.
• Caché (memoria primaria): para resolver este problema, un tipo particular de memoria primaria conocida como memoria caché está integrada en la CPU y es el sistema de memoria más rápido de una computadora. Este sistema de memoria se divide en tres partes, a saber, la memoria caché L1, L2 y L3. Por lo tanto, cualquier dato que deba ser procesado por la CPU se mueve del disco duro a la RAM y luego a la memoria caché. Dicho esto, la CPU no puede acceder a los datos directamente desde el caché.
• Registros de la CPU (memoria primaria): el registro de la CPU en un dispositivo informático tiene un tamaño diminuto y se basa en la arquitectura del procesador. Estos registros pueden contener 32 o 64 bits de datos. Una vez que los datos se mueven a estos registros, la CPU puede acceder a ellos y realizar la tarea en cuestión.

Comprender la memoria RAM y cómo funciona

Como se explicó anteriormente, la memoria de acceso aleatorio en un dispositivo es responsable de almacenar y suministrar datos a la CPU para los programas de la computadora. Para almacenar estos datos, la memoria de acceso aleatorio utiliza una celda de memoria dinámica (DRAM).

Esta celda se crea utilizando un condensador y un transistor. El capacitor en esta disposición se usa para almacenar carga y se basa en el estado de carga del capacitor; la celda de memoria puede contener un 1 o un 0.

Si el capacitor está completamente cargado, se dice que almacena un 1. Por otro lado, cuando está descargado, se dice que almacena 0. Aunque la celda DRAM es capaz de almacenar cargas, este diseño de memoria tiene sus fallas.

Verá, como la RAM usa condensadores para almacenar carga, tiende a perder la carga que ha almacenado en ella. Debido a esto, los datos almacenados en la RAM pueden perderse. Para resolver este problema, la carga almacenada en los condensadores se actualiza mediante amplificadores de detección, lo que evita que la RAM pierda la información almacenada.

Aunque esta actualización de cargas permite que la RAM almacene datos cuando la computadora está encendida, introduce latencia en el sistema ya que la RAM no puede transmitir datos a la CPU cuando se está actualizando, lo que ralentiza el sistema.

Además de esto, la RAM está conectada a la placa base, que a su vez está conectada a la CPU mediante zócalos. Por lo tanto, existe una distancia considerable entre la RAM y la CPU, lo que aumenta el tiempo de entrega de datos a la CPU.

Debido a las razones mencionadas anteriormente, la RAM solo proporciona datos a la CPU cada 17 nanosegundos. A esa velocidad, la CPU no puede alcanzar su máximo rendimiento. Esto se debe a que la CPU debe recibir datos cada cuarto de nanosegundo para ofrecer el mejor rendimiento cuando se ejecuta en una frecuencia turbo de 4 gigahercios.

Para solucionar este problema contamos con la memoria caché, otro sistema de almacenamiento temporal mucho más rápido que la memoria RAM.

Explicación de la memoria caché

Ahora que conocemos las advertencias que vienen con la RAM, podemos ver la memoria caché y cómo resuelve el problema que viene con la RAM.

En primer lugar, la memoria caché no está presente en la placa base. En su lugar, se coloca en la propia CPU. Debido a esto, los datos se almacenan más cerca de la CPU, lo que le permite acceder a los datos más rápido.

Además de esto, la memoria caché no almacena datos para todos los programas que se ejecutan en su sistema. En cambio, solo conserva los datos que la CPU solicita con frecuencia. Debido a estas diferencias, el caché puede enviar datos a la CPU a velocidades asombrosamente rápidas.

Además, en comparación con la RAM, la memoria caché utiliza celdas estáticas (SRAM) para almacenar datos. En comparación con las celdas dinámicas, la memoria estática no necesita actualizarse ya que no usan condensadores para almacenar cargas.

En su lugar, utiliza un conjunto de 6 transistores para almacenar información. Debido al uso de transistores, la celda estática no pierde carga con el tiempo, lo que permite que la caché suministre datos a la CPU a velocidades mucho más rápidas.

Dicho esto, la memoria caché también tiene sus defectos. Por un lado, es mucho más costoso en comparación con la memoria RAM. Además, una celda de RAM estática es mucho más grande en comparación con una DRAM, ya que se utiliza un conjunto de 6 transistores para almacenar un bit de información. Esto es sustancialmente más grande que el diseño de un solo capacitor de la celda DRAM.

Debido a esto, la densidad de memoria de SRAM es mucho más baja y no es posible colocar una sola SRAM con un gran tamaño de almacenamiento en la matriz de la CPU. Por lo tanto, para resolver este problema, la memoria caché se divide en tres categorías, a saber, caché L1, L2 y L3, y se coloca dentro y fuera de la CPU.

RAM frente a memoria caché

Ahora que tenemos una comprensión básica de la memoria RAM y la memoria caché, podemos ver cómo se comparan entre sí.

La memoria caché es mucho más rápida que la RAM

Tanto la memoria RAM como la memoria caché son sistemas de memoria volátil, pero ambos cumplen tareas distintas. Por un lado, la RAM almacena los programas que se ejecutan en su sistema, mientras que el caché respalda a la RAM al almacenar datos de uso frecuente cerca de la CPU, lo que mejora el rendimiento.

Por tanto, si buscas un sistema que ofrezca un gran rendimiento, es fundamental fijarse en la memoria RAM y la caché que trae. Un excelente equilibrio entre ambos sistemas de memoria es fundamental para aprovechar al máximo su PC.