O que é e para que serve a memória cache do processador?

O que é e para que serve a memória cache do processador?

O processador é o cérebro do computador, sendo o componente responsável por efetuar os cálculos necessários para você realizar suas tarefas cotidianas. Não importa qual programa você utiliza no dia a dia, todos os dados são processados na CPU.

Tudo parece simples na teoria, mas a CPU é uma unidade de milhões de pequenos itens de tamanho ínfimo (na ordem dos nanômetros). É uma estrutura complexa, composta por inúmeros dispositivos que dividem as etapas de processamento em vários estágios.

Um processador comum conta com núcleos (o número de núcleos vai depender do modelo em questão), controlador de memória, interface de entrada e saída, chip gráfico (que já tem outros subcomponentes) e a memória cache. Entre tantos itens, o cache é um dos que tem maior relevância, sendo um dado comum para referenciar a capacidade de um processador.

Todavia, dúvidas sobre a importância desse elemento são naturais, ainda mais em um computador em que temos memória de armazenamento, memória RAM e outros tipos de memória. Afinal, o que exatamente é a memória cache do processador? Qual é sua utilidade na realização das tarefas no dia a dia?

O que é a memória cache da CPU?

Bom, fisicamente falando, a memória cache pode ser considerada uma pequena peça presente dentro do processador. Sem observar arquiteturas específicas, poderíamos imaginá-la como um pequeno módulo com subcomponentes. Você já viu uma memória RAM? Então, é como pegar um daqueles blocos da RAM e colocar dentro do processador.

Todavia, na prática, a memória cache do processador é um pouco diferente da forma como você imagina, por ser muito menor do que um módulo comum e também por trabalhar de forma distinta. Essencialmente, os principais chips da atualidade contam com a memória cache dividida em subpartes ou níveis: L1, L2 e L3.

Se observamos no microscópio, poderíamos ver a memória cache ocupando quase a mesma largura dos núcleos. Contudo, esta seria apenas uma parte dela, mais precisamente o nível de memória L3, que tem a maior capacidade de armazenamento. Os níveis L1 e L2 geralmente ficam escondidos dentro dos núcleos, pois são memórias de menor tamanho físico — e virtual.

Qual é a função da memória cache do processador?

Os dados de programas ficam guardados no dispositivo de armazenamento (um HD ou um SSD). Quando você dá o comando para abrir um programa ou realizar uma função, a CPU envia o comando para o HD repassar os arquivos para a memória RAM, a qual tem maior velocidade de transferência de dados e pode se comunicar de forma mais rápida com o processador.

Ocorre que, enquanto o processador está trabalhando, ele precisa, eventualmente, solicitar mais dados para dar continuidade a um raciocínio. Na teoria, isso poderia ser feito através da comunicação com a memória RAM, porém a demora no acesso (por conta da distância, das trilhas e também da velocidade de operação na RAM) deixaria o processo vagaroso.

A solução? Claro, o processador armazena os dados importantes em sua memória própria (que, em geral, é de alguns megabytes, enquanto a RAM tem gigabytes) e dá continuidade aos processos. Quando uma parte de uma tarefa foi realizada, a CPU solicita mais dados para a RAM e novamente armazena uma parte no cache. O ciclo se repete até o fim de uma ação.

É importante frisar que a quantidade de memória cache é um fator que impacta diretamente na performance geral justamente por diminuir a quantidade de requisições da CPU para a memória RAM. Quanto mais espaço tiver no cache do processador, menores serão as chances de ele ter de solicitar algum dado da RAM.

E sabe aquela história da divisão da memória cache? Então, as tarefas dos programas são bastante complexas, o que demanda um bom tempo para processamento e uma forma inteligente de organizar os cálculos. Para realizar as ações solicitadas pelo usuário, a CPU divide os dados entre dados e instruções.

O nível de memória cache L1 é subdivido em duas partes, sendo um dedicado para instruções e outro para dados. A memória cache L2 é programada para salvar dados e informações. Já a memória cache L3 é uma memória de maior tamanho para salvar conteúdos “genéricos”, que supostamente podem ser requisitados por quaisquer núcleos para dar continuidade às tarefas.

A lógica é simples, sendo que os arquivos saem do HD, vão para a memória RAM e depois são solicitados de forma parcial pelo processador, que precisa realizar o processamento em etapas. Os cálculos demandam tempo, então a CPU acessa a RAM frequentemente até finalizar uma tarefa e dar um retorno para o usuário.

Esse é basicamente o conceito da memória cache da CPU, mas é claro que é possível haver mudanças na forma de operação entre as diferentes arquiteturas das fabricantes, que podem ter suas tecnologias próprias. Agora, você já sabe por que um processador como o Intel Core i7 ou o Ryzen 7, que têm mais memória cache, apresentam desempenho superior em quase todas as situações.