Qual é a diferença entre RAM e memória cache?

Se você é um entusiasta da tecnologia, deve ter ouvido falar sobre caches e como eles funcionam com a RAM do seu sistema para torná-lo mais rápido. Mas você já se perguntou o que é cache e como ele é diferente da RAM?

Bem, se você tem, você está no lugar certo porque veremos tudo o que diferencia a memória cache da RAM.

Conheça os sistemas de memória do seu computador

Antes de começarmos a comparar RAM com cache, é importante entender como o sistema de memória em um computador é projetado.

Veja bem, tanto a RAM quanto o cache são sistemas de armazenamento de memória volátil. Isso significa que ambos os sistemas de armazenamento podem armazenar dados temporariamente e só funcionam quando a energia é fornecida a eles. Portanto, quando você desliga o computador, todos os dados armazenados na RAM e no cache são excluídos.

Por esse motivo, qualquer dispositivo de computação possui dois tipos diferentes de sistemas de armazenamento, a saber, memória primária e secundária. As unidades são a memória secundária em um sistema de computador onde você salva seus arquivos, capaz de armazenar dados quando a energia é desligada. Por outro lado, os sistemas de memória primária fornecem dados para a CPU quando ligada.

Mas por que ter um sistema de memória no computador que não consegue armazenar dados quando está desligado? Bem, há uma grande razão pela qual os sistemas de armazenamento primário são essenciais para um computador.

Você vê, embora a memória primária em seu sistema seja incapaz de armazenar dados quando não há energia, eles são muito mais rápidos quando comparados aos sistemas de armazenamento secundário. Em relação aos números, sistemas de armazenamento secundário como SSDs têm um tempo de acesso de 50 microssegundos.

Em contraste, os sistemas de memória primária, como a memória de acesso aleatório, podem fornecer dados à CPU a cada 17 nanossegundos. Portanto, os sistemas de memória primária são quase 3.000 vezes mais rápidos quando comparados aos sistemas de armazenamento secundário.

Devido a essa diferença de velocidade, os sistemas de computador vêm com uma hierarquia de memória, que permite que os dados sejam entregues à CPU em velocidades incrivelmente rápidas.

Aqui está como os dados se movem através dos sistemas de memória em um computador moderno.

• Unidades de armazenamento (memória secundária): Este dispositivo pode armazenar dados permanentemente, mas não é tão rápido quanto a CPU. Devido a isso, a CPU não pode acessar os dados diretamente do sistema de armazenamento secundário.
• RAM (memória primária): Este sistema de armazenamento é mais rápido que o sistema de armazenamento secundário, mas não pode armazenar dados permanentemente. Portanto, quando você abre um arquivo em seu sistema, ele se move do disco rígido para a RAM. Dito isso, nem mesmo a RAM é rápida o suficiente para a CPU.
• Cache (memória primária): Para resolver esse problema, um tipo específico de memória primária, conhecido como memória cache, está embutido na CPU e é o sistema de memória mais rápido em um computador. Este sistema de memória é dividido em três partes, a saber, o Cache L1, L2 e L3. Portanto, todos os dados que precisam ser processados ​​pela CPU passam do disco rígido para a RAM e depois para a memória cache. Dito isso, a CPU não pode acessar os dados diretamente do cache.
• Registradores da CPU (memória primária): O registrador da CPU em um dispositivo de computação é minúsculo e é baseado na arquitetura do processador. Esses registradores podem conter 32 ou 64 bits de dados. Depois que os dados se movem para esses registradores, a CPU pode acessá-los e executar a tarefa em questão.

Entendendo a RAM e como ela funciona

Conforme explicado anteriormente, a memória de acesso aleatório em um dispositivo é responsável por armazenar e fornecer dados à CPU para programas no computador. Para armazenar esses dados, a memória de acesso aleatório usa uma célula de memória dinâmica (DRAM).

Esta célula é criada usando um capacitor e um transistor. O capacitor neste arranjo é usado para armazenar carga e com base no estado de carga do capacitor; a célula de memória pode conter um 1 ou um 0.

Se o capacitor estiver totalmente carregado, diz-se que ele armazena um 1. Por outro lado, quando está descarregado, diz-se que armazena 0. Embora a célula DRAM seja capaz de armazenar cargas, esse projeto de memória vem com suas falhas.

Veja bem, como a RAM usa capacitores para armazenar carga, ela tende a perder a carga que armazenou nela. Devido a isso, os dados armazenados na RAM podem ser perdidos. Para resolver esse problema, a carga armazenada nos capacitores é atualizada por meio de amplificadores de detecção, evitando que a RAM perca as informações armazenadas.

Embora essa atualização de cargas permita que a RAM armazene dados quando o computador é ligado, ela introduz latência no sistema, pois a RAM não pode transmitir dados para a CPU quando está sendo atualizada, tornando o sistema mais lento abaixo.

Além disso, a RAM é conectada à placa-mãe, que por sua vez é conectada à CPU por meio de soquetes. Assim, há uma distância considerável entre a RAM e a CPU, o que aumenta o tempo de entrega dos dados à CPU.

Devido aos motivos mencionados acima, a RAM só fornece dados para a CPU a cada 17 nanossegundos. Nessa velocidade, a CPU não consegue atingir seu desempenho máximo. Isso ocorre porque a CPU precisa receber dados a cada quarto de nanossegundo para oferecer o melhor desempenho ao operar em uma frequência turbo de 4 Gigahertz.

Para resolver esse problema, temos a memória cache, outro sistema de armazenamento temporário muito mais rápido que a RAM.

Memória Cache Explicada

Agora que sabemos sobre as advertências que acompanham a RAM, podemos examinar a memória cache e como ela resolve o problema que vem com a RAM.

Em primeiro lugar, a memória cache não está presente na placa-mãe. Em vez disso, ele é colocado na própria CPU. Devido a isso, os dados são armazenados mais perto da CPU, permitindo que ela acesse os dados mais rapidamente.

Além disso, a memória cache não armazena dados de todos os programas em execução no sistema. Em vez disso, ele mantém apenas os dados frequentemente solicitados pela CPU. Devido a essas diferenças, o cache pode enviar dados para a CPU em velocidades incrivelmente rápidas.

Além disso, em comparação com a RAM, a memória cache usa células estáticas (SRAM) para armazenar dados. Em comparação com as células dinâmicas, a memória estática não precisa ser atualizada, pois não usa capacitores para armazenar cargas.

Em vez disso, ele usa um conjunto de 6 transistores para armazenar informações. Devido ao uso de transistores, a célula estática não perde carga com o tempo, permitindo que o cache forneça dados para a CPU em velocidades muito mais rápidas.

Dito isso, a memória cache também tem suas falhas. Por um lado, é muito mais caro quando comparado à RAM. Além disso, uma célula de RAM estática é muito maior quando comparada a uma DRAM, pois um conjunto de 6 transistores é usado para armazenar um bit de informação. Isso é substancialmente maior do que o projeto de capacitor único da célula DRAM.

Devido a isso, a densidade de memória da SRAM é muito menor e não é possível colocar uma única SRAM com um grande tamanho de armazenamento na matriz da CPU. Portanto, para resolver esse problema, a memória cache é dividida em três categorias, ou seja, cache L1, L2 e L3, e é colocada dentro e fora da CPU.

RAM vs. Memória cache

Agora que temos uma compreensão básica de RAM e cache, podemos ver como eles se comparam.

A memória cache é muito mais rápida que a RAM

Tanto a RAM quanto o cache são sistemas de memória voláteis, mas ambos servem a tarefas distintas. Por um lado, a RAM armazena os programas em execução em seu sistema, enquanto o cache suporta a RAM armazenando dados usados ​​com frequência perto da CPU, melhorando o desempenho.

Portanto, se você está procurando um sistema que ofereça grande desempenho, é essencial olhar para a memória RAM e o cache que o acompanha. Um excelente equilíbrio entre os dois sistemas de memória é essencial para obter o máximo do seu PC.