MEMÓRIA CACHE Arquitetura e Funcionamento

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FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO
UNIDADE: SANTANA DE PARNAÍBA/SP
NOME (S) COMPLETO & RA
MEMÓRIA CACHE: 
Arquitetura e Funcionamento
Santana de Parnaíba
2021
RESUMO
Este presente artigo apresenta um estudo sobre os conceitos das memórias cache,
apresentando o avanço desde o primeiro computador com memória cache de 1989.
demonstrando a memória cache durante o decorrer das décadas e sua contribuição para o grande aumento no desempenho dos computadores.
Também é apresentado uma visão futura em que a memória cache pode ser mudado para atingir desempenhos ainda mais altos nos processadores, sofrendo alterações em sua arquitetura para que esse objetivo seja atingido.
Palavras-chave: Memória cache 1. L1,L2,L3 e 2. CPU 3. Informações 4. Dados 5. Processador
ABSTRACT
This article presents a study on the concepts of cache memories,
presenting the advance since the first computer with cache memory of 1989.
demonstrating cache memory over the decades and its contribution to great increase in the performance of computers. Also presented is a future view in which the cache memory can be switched to achieve even higher performances in processors, undergoing changes in their architecture so that this goal is achieved.
Keywords: Cache memory 1. L1, L2, L3 and 2. CPU 3. Information 4. Data 5. Processor
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
	CPU
	Central Process Unit, ou Unidade Central de Processamento
	RAM
	Random Access Memory, ou Memória de Acesso Aleatório
	SRAM
	Static Random Acess Memory, ou memória estática de acesso aleatório.
	
	
LISTA DE FIGURAS
	
	
Figura 1 Princípios memória cache	5
Figura 2 Arquitetura memória cache	6
Figura 3 Funcionamento memória cache	8
	
	
	
	
	
	SUMÁRIO
1.1	INTRODUÇÃO	4
1.1.1	Princípios da memória cache.	4
2	MEMÓRIA CACHE	5
3	ARQUITETURA	6
4	FUNCIONAMENTO	7
5	O FUTURO DA MEMÓRIA CACHE	8
REFERÊNCIAS	9
	
	
	
	
	
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1.1 INTRODUÇÃO
A memória cache são dispositivos intermediários na transferência de dados entre o processador e a memória principal e que visam melhorar o desempenho do computador. Para isto, armazenam os dados e instruções que são mais frequentemente usados pelo processador, permitindo que os mesmos sejam acessados rapidamente, aumentando o desempenho do computador e o tempo de vida das unidades de disco. Surgiram quando as memórias não eram mais capazes de acompanhar o processador em velocidade. Dessa forma, a memória cache consiste numa pequena quantidade de memória SRAM, incluída no chip do processador. O uso de memória cache visa obter uma maior velocidade de acesso à memória.
1.1.1 Princípios da memória cache.
O processo de gestão da memória depende do processador que o equipamento tem, sendo a memória cache um "apoio" do processador, visto que a memória RAM oferece um processo mais demorado.
Objetivo: Aumentar a velocidade de acesso aos dados.
Exemplo de Requisição de dados a CPU:
1. O dado está na memória cache?
1. Sim:
1. Envie para a CPU
2. Não:
1. Solicite a Memória Principal
2. O dado está na Memória Principal?
1. Sim:
1. Envia para a Memória Cache
2. Não:
1. Requisite o dado ao Disco
Figura 1 Princípios memória cache
2 MEMÓRIA CACHE
A memória cache é uma pequena quantidade de memória localizada perto do processador. Surgiu quando a memória RAM não estava mais acompanhando o desenvolvimento do processador. A memória cache, é um tipo de memória para informar dados em que trabalhar em conjunto com os processadores, para ter um ótimo desempenho potencializando com velocidade a leitura de informações. Com a implementação da memória de cache nos processadores no decorrer da evolução, possui a função de armazenar dados e instruções que a CPU poderá usar algum dia. Ela possibilita para o processador trabalhar com um ótimo desempenho e que tenha o mínimo de tempo ocioso possível, quando o cache está vazio a CPU vai direto na memória RAM em que processa os dados para buscar as informações. A memória cache é dividida em alguns níveis, conhecidos como L1, L2 e L3. O cache L1, se localiza no interior do processador, sendo a menor porção da memória presente dentro do mesmo (entre 16kb e 256kb), o segundo cache chamado de L2, este nível pode localizar-se tanto no interior quanto no exterior do processador. Foi desenvolvido com o objetivo de suprir a baixa capacidade de armazenamento da cache L1 e para melhorar o desempenho do sistema, já que é mais uma chance para que a informação desejada não precise ser procurada na memória principal. E por fim o cache 3 é um tipo não tão comum devido à complexidade dos processadores atuais. A capacidade de armazenamento dos níveis aumenta do topo para as camadas inferiores, porém a velocidade e custo possuem o sentido contrário, sendo a cache L1 a mais veloz e mais cara de todas.
3 ARQUITETURA
 A memória cache é dividida em níveis com o objetivo de otimizar a transferência de dados:
 • Nível 1: Cache L1, proveniente do inglês level 1. 
Localiza-se no interior do processador, sendo a menor porção da memória presente dentro do mesmo (entre 16 KB e 256 KB). 
• Nível 2: Cache L2, este nível pode localizar-se tanto no interior quanto no exterior do processador. Foi desenvolvido com o objetivo de suprir a baixa capacidade de armazenamento do cache L1 e para melhorar o desempenho do sistema. 
• Nível 3: Cache L3, compartilhado por todos os núcleos da CPU, é maior e mais lento, mais ainda mais rápido que a memória principal.
Figura 2 Arquitetura memória cache
A cache de nível 3 é partilhada pelos núcleos de um CPU. Desta forma o CPU consegue encontrar 99,9% das vezes o seu conteúdo na cache, não necessitando acessar à memória RAM.
4 FUNCIONAMENTO
 Para o funcionamento do cache o processador busca por instruções ou dados desejados, pelo cache L1, entretanto se a informação necessária não esteja presente, busca no cache L2, desta forma o processador irá transferir para a L1 junto de um bloco de dados, se a informação também estiver ausente em L2, a busca passará a ser feita em L3 (se houver), caso a memória de cache não encontra as instruções o alvo será a memória principal seguida da memória secundária, caso nada tenha sido encontrado.
Ao localizar as informações é transferida para o processador. Caso ela não esteja presente na memória, a informação será transferida da memória principal para a cache e para o processador que permaneceu ocioso até então. Durante a busca dos dados ausentes, é copiado um bloco (ou linha) inteiro da memória principal. Isto ocorre para diminuir a taxa de falha dos acessos futuros. Dois conceitos surgem com esse funcionamento: Quando o processador precisa de um dado, ele pode já estar no cache (cache hit), se não (cache miss), tem que buscar na memória (ou até no disco). porém se não achar nenhum dos dois vai buscar direto na memória principal.
Figura 3 Funcionamento memória cache
5 O FUTURO DA MEMÓRIA CACHE
 Desde o primeiro computador com memória cache de 1989, o design da memória cache vem sempre evoluindo, especialmente à medida que a memória fica mais barata, mais rápida e mais densa. Por exemplo, uma das inovações mais recentes da AMD é a Smart Access Memory e o Infinity Cache, que aumentam o desempenho do computador. 
As CPUs mais recentes naturalmente incluirão mais memória cache da CPU do que as gerações anteriores, com memória cache potencialmente mais rápida também.
REFERÊNCIAS
Capítulo 2 - Introdução à Arquitetura de Computadores. professores.dcc.ufla.br. Disponível em: http://professores.dcc.ufla.br/~monserrat/icc/Capitulo2.html/ Acesso em: 24/05/2021.
Yuri Pacievitch. infoescola, A memória cache é uma pequena quantidade de memória. 2021. Disponível em: https://www.infoescola.com/informatica/memoria-cache/ Acesso em: 24/05/2021.
Prof. Leonardo Barreto Campos. univasf, 2002. Disponível em: http://www.univasf.edu.br/~leonardo.campos/Arquivos/Disciplinas/Org_Arq_I_2008_1/Org_Arq_Comp_2008_Aula_05.pdf Acesso em: 24/05/2021. 
O que é e para que serve a memória cache L1, L2 eL3 dos processadore. blog.meupc.net/, 2019. Disponível em: https://blog.meupc.net/o-que-e-para-que-serve-memoria-cache-l1-l2-l3-processadores/ Acesso em: 24/05/2021.
Monitoria OAC. https://sites.google. Disponível em: https://sites.google.com/site/monitoriaoac/4-capitulo-4/4-2-principios-da-memoria-cache Acesso em: 24/05/2021.
Jorge Ávila Miranda. Aula 03 instalações de hardware, 2013. Disponível em: https://pt.slideshare.net/jorgeavila111/aula-03-instalao-de-hardware Acesso em: 24/05/2021.
Memória Cache. sites.google, 2013. Disponível em: https://sites.google.com/site/pmflima/arquiteturas-computadores-11/modulo-5---arquitetura-de-microprocessadores/aula10 Acesso em: 24/05/2021.
Jardel Rodrigues. O conceito de memória cache é um tópico importante, 2011. Disponível em: https://www.researchgate.net/figure/Figura-2-Esquema-de-uma-memoria-cache_fig2_325540636 Acesso em: 24/05/2021.
Como funciona o cache da CPU? O que são cache L1, L2 e L3. tecnoguia. Disponível em: https://tecnoguia.istocks.club/como-funciona-o-cache-da-cpu-o-que-sao-cache-l1-l2-e-l3/2021-02-17/ Acesso em: 24/05/2021.