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Como o Cache de Memória Funciona

       
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Neste tutorial você aprenderá tudo o que precisa saber sobre o cache de memória em uma linguagem simples e objetiva.

Como o Cache de Memória Funciona
Gabriel Torres Editor executivo do Clube do Hardware

Configuração do Cache de Memória nos Processadores Atuais

Abaixo nós apresentamos uma tabela de referência contendo as principais especificações para os principais processadores disponíveis no mercado hoje.

Processador

Cache L1 de Instruções

Cache L1 de Dados

Cache L2

Athlon 64

  • 64 KB
  • Associativo por grupos de 2 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L2
  • Caminho de dados de 128 bits com a unidade de busca
  • 64 KB
  • Associativo por grupos de 2 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L2

 

  • 512 KB ou 1 MB
  • Associativo por grupos de 16 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L1 de dados
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L1 de instruções

Athlon 64 FX

  • 64 KB por núcleo
  • Associativo por grupos de 2 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L2
  • Caminho de dados de 128 bits com a unidade de busca
  • 64 KB
  • Associativo por grupos de 2 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L2

 

  • 1 MB por núcleo
  • Associativo por grupos de 16 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L1 de dados
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L1 de instruções

Athlon 64 X2

  • 64 KB por núcleo
  • Associativo por grupos de 2 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L2
  • Caminho de dados de 128 bits com a unidade de busca
  • 64 KB
  • Associativo por grupos de 2 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L2

 

  • 512 KB ou 1 MB por núcleo
  • Associativo por grupos de 16 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L1 de dados
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L1 de instruções

Sempron (soquetes 754 e AM2)

  • 64 KB por núcleo
  • Associativo por grupos de 2 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L2
  • Caminho de dados de 128 bits com a unidade de busca
  • 64 KB
  • Associativo por grupos de 2 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L2

 

  • 128 KB ou 256 KB
  • Associativo por grupos de 16 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L1 de dados
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L1 de instruções

Opteron

  • 64 KB por núcleo
  • Associativo por grupos de 2 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L2
  • Caminho de dados de 128 bits com a unidade de busca
  • 64 KB por núcleo
  • Associativo por grupos de 2 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L2

 

  • 1 MB por núcleo
  • Associativo por grupos de 16 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L1 de dados
  • Caminho de dados de 128 bits com o cache L1 de instruções

Pentium 4

N/D *

  • 8 KB
  • Associativo por grupos de 4 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 256 bits com o cache L2

 

  • 256 KB, 512 MB ou 1 MB
  • Associativo por grupos de 8 vias
  • Linhas de 128 bytes
  • Caminho de dados de 64 bits com a unidade de busca
  • Caminho de dados de 256 bits com o cache L1 de dados

Pentium D

N/D *

  • 16 KB
  • Associativo por grupos de 4 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 256 bits com o cache L2

 

  • 1 MB ou 2 MB por núcleo
  • Associativo por grupos de 8 vias
  • Linhas de 128 bytes
  • Caminho de dados de 64 bits com a unidade de busca
  • Caminho de dados de 256 bits com o cache L1 de dados

Core 2 Duo

  • 32 KB
  • Linha de dados de 64 bytes
  • Caminho de dados de 256 bits com a unidade de busca
  • 32 KB
  • Linha de dados de 64 bytes
  • Caminho de dados de 256 bits com o cache L2
  • 2 MB ou 4 MB
  • Associativo por grupos de 8 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 256 bits com o cache L1 de dados

Pentium Dual Core

  • 32 KB
  • Linha de dados de 64 bytes
  • Caminho de dados de 256 bits com a unidade de busca
  • 32 KB
  • Linha de dados de 64 bytes
  • Caminho de dados de 256 bits com o cache L2
  • 1 MB
  • Associativo por grupos de 8 vias
  • Linhas de 64 bytes
  • Caminho de dados de 256 bits com o cache L1 de dados

* Existe um cache de rastreamento de execução de 150 KB nesses processadores. Esse cache está localizado entre o decodificador de instruções e a unidade de execução. Portanto a unidade de busca pega dados diretamente do cache de memória L2.

Nós não incluímos os processadores Xeon e Celeron na tabela acima porque existem muitos modelos diferentes do Xeon e do Celeron baseados em arquiteturas diferentes. Os processadores Celeron e Xeon baseados na microarquitetura Netburst (isto é, baseado no Pentium 4) têm as mesmas especificações do Pentium 4 mas com um cache de memória L2 com tamanho diferente, enquanto que o Celeron e o Xeon baseados na microarquitetura Core (isto é, baseado no Core 2 Duo) têm as mesmas especificações do Core 2 Duo mas com um tamanho de cache L2 diferente.

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Comentários de usuários


Parabéns, muito completo o tutorial. Uma dúvida besta.. eu gostaria de saber a relação da Ponte Sul com Cache L1 e Ponte Norte/Cache L2.

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Fiquei um pouco confuso: Eu aprendi que no cache mapeado diretamente a memória principal era dividida em conjuntos de blocos sendo que cada conjunto de blocos era mapeado em um único bloco da memória cache. Se eu estiver errado me corrijam.

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Muito legal o artigo! Gostaria de dar uma sugestão para que ficasse ainda mais completo.

Achei que seria muito interessante acrescentar um review mostrando a diferença de desempenho de processadores similares (mesma arquitetura e mesmo clock), mas com diferentes quantidades de memória cache, em diferentes aplicativos.

Isso nos daria uma real dimensão do quanto a memória cache influencia no desempenho.

Fica a sugestão.

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O artigo é excelente! Mas fiquei com uma dúvida: Há alguma diferença no circuito dos flip-flops da memória cache L1 para L2 e L3 ou todos os níveis utilizam o mesmo esquema eletrico, mudando apenas a quantidade de flip-flops(quantidade de memória) e a latência?

 

Editado por Leonardo Ritter

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Gabriel Torres, obrigado por responder! Já que estamos falando sobre memórias cache eu tenho mais uma dúvida: uma vez estava a utilizar o CPU-Z, e no canto da tela, onde é exibido os níveis de cache e a quantidade de memória estava escrito:

Cache

L1 Data    16 KBytes      8 Way

Trace        12 Kuops       8 Way

Level 2     2048 KBytes  8 Way

  O processador era um Intel Pentium 4 630. O que seria esta linha "Trace / 12 Kuops / 8 Way? Eu não vi em nem um outro processador este negócio...

Editado por Leonardo Ritter

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