¿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 cómo funcionan con la memoria RAM de su sistema para que funcione más rápido. Pero, ¿alguna vez te has preguntado qué es el caché y en qué se diferencia de la RAM?

Bueno, si es así, ha venido al lugar correcto porque vamos a ver todo lo que diferencia la memoria caché de la RAM.

Conozca los sistemas de memoria de su computadora

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

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

Por esta razón, cualquier dispositivo informático tiene dos tipos diferentes de sistemas de almacenamiento, a saber, la memoria principal y la memoria secundaria. Los discos son la memoria secundaria de un sistema informático donde guarda sus archivos, capaces de almacenar datos cuando está apagado. Por otro lado, los sistemas de memoria primaria proporcionan 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 cual los sistemas de almacenamiento primario son esenciales para una computadora.

Verá, aunque la memoria principal de su sistema no puede almacenar datos cuando no hay energía, es mucho más rápido 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 RAM, pueden proporcionar 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 velocidad, los sistemas informáticos cuentan con una jerarquía de memoria que permite que los datos se transmitan al procesador a velocidades sorprendentemente rápidas.

Así es como los datos se mueven a través de los modernos sistemas de memoria de las computadoras.

• Discos de almacenamiento (memoria secundaria): Este dispositivo puede almacenar datos de forma permanente, pero no es tan rápido como la CPU. Por esta razón, 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, se incorpora al procesador un tipo especial de memoria primaria denominada memoria caché, que es el sistema de memoria más rápido de una computadora. Este sistema de memoria se divide en tres partes, a saber, caché L1, L2 y L3. Por lo tanto, todos los datos que debe procesar el procesador se transfieren 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 del procesador (memoria primaria): El registro de la CPU en un dispositivo informático es de tamaño pequeño y se basa en la arquitectura del procesador. Estos registros pueden contener 32 o 64 bits de datos. Una vez que los datos se han movido a estos registros, la CPU puede acceder a ellos y realizar la tarea actual.

Entender la memoria RAM y cómo funciona

Como se explicó anteriormente, la memoria RAM de un dispositivo se encarga de almacenar y suministrar datos al procesador de los programas informáticos. Para almacenar estos datos, la RAM 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. En cambio, cuando está descargado, se dice que almacena 0. Aunque la celda DRAM es capaz de almacenar cargas, este diseño de memoria tiene sus desventajas.

Verá, debido a que la RAM usa condensadores para almacenar carga, tiende a perder la carga que ha almacenado allí. Debido a esto, los datos almacenados en la RAM pueden perderse. Para solucionar este problema, la carga almacenada en los condensadores se refresca mediante amplificadores de detección, evitando que la RAM pierda la información almacenada.

Aunque esta actualización de carga permite que la RAM almacene datos cuando la computadora está encendida, introduce latencia en el sistema porque 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 durante el cual se entregan los datos a la CPU.

Por las razones mencionadas anteriormente, la RAM solo proporciona datos a la CPU cada 17 nanosegundos. A esta velocidad, el procesador no puede alcanzar su máximo rendimiento. Esto se debe a que el procesador debe recibir datos cada cuarto de nanosegundo para ofrecer el mejor rendimiento cuando opera a una frecuencia de refuerzo 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 relacionadas con la RAM, podemos echar un vistazo a la memoria caché y cómo resuelve el problema relacionado con la RAM.

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

Además, la memoria caché no almacena datos para todos los programas que se ejecutan en su sistema. En su lugar, conserva solo los datos solicitados con frecuencia por la CPU. Debido a estas diferencias, la memoria caché puede enviar datos al procesador a velocidades sorprendentemente 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 porque no utiliza condensadores para almacenar cargas.

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

Dicho esto, la memoria caché también tiene sus defectos. Por un lado, es mucho más caro en comparación con la memoria RAM. Además, una celda de RAM estática es mucho más grande que una DRAM porque se utiliza una matriz 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.

Por esta razón, 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 el chip del procesador. Por lo tanto, para resolver este problema, la memoria caché se divide en tres categorías, a saber, cachés L1, L2 y L3, y se coloca dentro y fuera de la CPU.

RAM vs memoria caché

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

La memoria caché es mucho más rápida que la RAM

Tanto la RAM como la caché son sistemas de memoria volátil, pero los dos realizan tareas distintas. Por un lado, la RAM almacena los programas que se ejecutan en su sistema, mientras que la memoria caché admite la memoria RAM al almacenar los datos de uso frecuente cerca del procesador, lo que mejora el rendimiento.

Por tanto, si buscas un sistema que ofrezca un gran rendimiento, es fundamental fijarse en la memoria RAM y caché que trae consigo. Un equilibrio excepcional entre los dos sistemas de memoria es fundamental para sacar el máximo partido a tu PC.