Qual é a diferença entre memória RAM e memória cache?

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Tanto a RAM quanto o Cache são memórias primárias rápidas. Mas qual é a diferença entre elas?

Se você é um entusiasta da tecnologia, já ouviu 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 difere da RAM?

Bem, se você tem, então você está no lugar certo porque vamos ver tudo o que diferencia o cache da RAM.

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Saiba mais sobre o sistema de memória do seu computador

Antes de começarmos a comparar RAM e 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, memória primária e memória secundária. Uma unidade é um armazenamento secundário em um sistema de computador usado para salvar arquivos e é capaz de armazenar dados quando a energia é desligada. O sistema de memória principal, por outro lado, fornece dados para a CPU quando a CPU é ligada.

Mas por que o sistema de memória de um computador não pode armazenar dados quando está desligado? Bem, os sistemas de armazenamento primário são essenciais para os computadores por um bom motivo.

Veja bem, embora a memória principal do sistema não possa armazenar dados em caso de queda de energia, ela é muito mais rápida em comparação com o sistema de armazenamento secundário. Em termos de números, os tempos de acesso para sistemas de armazenamento secundário, como SSDs, são de 50 microssegundos.

Em comparação, um sistema de memória principal, como a memória de acesso aleatório, pode transferir dados para a CPU a cada 17 nanossegundos. Portanto, o sistema de armazenamento primário é quase 3.000 vezes mais rápido em comparação com o sistema de armazenamento secundário.

Devido a essa diferença de velocidade, os sistemas de computador possuem uma hierarquia de memória que permite que os dados sejam transferidos para a CPU de forma extremamente rápida.

Memória ram vs memória cache

Veja como os dados se movem dentro do sistema de memória de um computador moderno.

  • Unidade de Armazenamento (Memória Secundária): Este dispositivo pode armazenar dados permanentemente, mas não é tão rápido quanto uma CPU. Portanto, a CPU não pode acessar diretamente os dados do sistema de armazenamento secundário.
  • RAM (Memória Primária): Este sistema de armazenamento é mais rápido que os sistemas de armazenamento secundário, mas não pode armazenar dados permanentemente. Portanto, quando você abre um arquivo em seu sistema, ele é movido do disco rígido para a RAM. Dito isso, nem mesmo a RAM é rápida o suficiente para ser usada pela CPU.
  • Cache (memória principal): Para resolver esse problema, um tipo especial de memória principal chamado cache é incorporado à CPU e é o sistema de memória mais rápido em um computador. Este sistema de memória é dividido em três partes, ou seja, cache L1, L2 e L3. Portanto, todos os dados que precisam ser processados ​​pela CPU são transferidos do disco rígido para a RAM e depois para a memória cache. Ou seja, a CPU não pode acessar os dados diretamente do cache.
  • Registradores da CPU (memória principal): os registradores da CPU em dispositivos de computação são pequenos e baseados na arquitetura do processador. Esses registradores podem armazenar dados de 32 ou 64 bits. Uma vez que os dados foram movidos para esses registradores, a CPU pode acessá-los e executar a tarefa em mãos.

Saiba mais sobre a RAM e como ela funciona

Como mencionado anteriormente, a memória de acesso aleatório em um dispositivo é responsável por armazenar dados para programas no computador e fornecer dados para a CPU. Para armazenar esses dados, a memória de acesso aleatório usa células de memória dinâmica (DRAM).

A unidade é criada usando capacitores e transistores. Capacitores neste arranjo são usados ​​para armazenar carga e são baseados 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 é descarregado, diz-se que armazena 0. Embora as células DRAM sejam capazes de armazenar cargas elétricas, esse projeto de memória tem falhas.

Veja bem, como a RAM usa capacitores para armazenar carga, ela tende a perder a carga que armazenou nela. Portanto, os dados armazenados na RAM podem ser perdidos. Para solucionar esse problema, a carga armazenada no capacitor é recarregada através do amplificador sensor, evitando que a RAM perca as informações armazenadas.

ram vs cache 102

Embora essa descarga de carga permita que a RAM armazene dados enquanto o computador está ligado, ela introduz um atraso no sistema porque a RAM não pode transferir dados para a CPU enquanto está sendo atualizada, tornando o sistema mais lento.

Memória ram vs memória cache

Além disso, a RAM está conectada à placa-mãe, que por sua vez está conectada à CPU por meio de um soquete. Portanto, há uma distância considerável entre RAM e CPU, o que aumenta o tempo de transferência de dados para a CPU.

Pelas razões acima, a RAM apenas 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 fornecer desempenho ideal ao operar em uma frequência turbo de 4 GHz.

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

Cache explicado

Agora que entendemos o que fazer e o que não fazer na RAM, podemos ver o cache e como ele resolve os problemas que a RAM apresenta.

Primeiro, não há memória cache na placa-mãe. Em vez disso, ele é colocado na própria CPU. Como resultado, 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 com extrema rapidez.

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 porque não usa capacitores para armazenar carga.

Em vez disso, ele usa uma matriz de 6 transistores para armazenar informações. Graças ao uso de transistores, as células estáticas não perdem carga com o tempo, permitindo que o cache transfira dados para a CPU em um ritmo mais rápido.

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Dito isso, o armazenamento em cache também tem suas desvantagens. Por um lado, é muito mais caro em comparação com a RAM. Além disso, as células RAM estáticas são muito maiores em comparação com a DRAM porque um banco de 6 transistores é usado para armazenar um bit de informação. Isso é muito maior do que o projeto de capacitor único de uma célula DRAM.

Portanto, a densidade de armazenamento da SRAM é muito menor e é impossível colocar uma única SRAM com grande capacidade de armazenamento na matriz da CPU. Portanto, para resolver este problema, a memória cache é dividida em três categorias, ou seja, caches L1, L2 e L3, que são colocados dentro e fora da CPU, respectivamente.

Memória RAM vs. Memória Cache

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

Métrica de comparaçãoRAMCache
FunçãoArmazena dados de programa para todos os aplicativos em execução no sistema.Armazena dados usados ​​com frequência e instruções exigidas pela CPU.
TamanhoDevido à sua alta densidade de armazenamento, a RAM pode vir em qualquer pacote que possa armazenar dados de 2 GB a 64 GB.Devido à sua baixa densidade de armazenamento, as memórias cache armazenam dados na faixa de kilobytes ou megabytes.
CustoA fabricação de RAM é mais barata devido ao seu design de transistor/capacitor único.A fabricação de cache é cara devido ao seu design de 6 transistores.
LocalizaçãoA RAM está conectada à placa-mãe e está longe da CPU.O cache está presente dentro do núcleo da CPU ou compartilhado entre os núcleos.
VelocidadeA memória RAM é mais lenta.A memória Cache é mais rápida.

O cache é muito mais rápido que a RAM

Tanto a RAM quanto o cache são sistemas de memória volátil, mas são usados ​​para tarefas diferentes. Por um lado, a RAM armazena os programas executados no sistema, enquanto o cache suporta a RAM armazenando dados usados ​​com frequência perto da CPU, melhorando assim o desempenho.

Portanto, se você está procurando um sistema que ofereça ótimo desempenho, é obrigatório observar a RAM e o cache que o acompanham. Um equilíbrio perfeito entre os dois sistemas de memória é essencial para tirar o máximo proveito do seu PC.

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Brayan Monteiro

Bacharel em Sistemas de Informação pela Faculdade Maurício de Nassau e desenvolvedor PHP. Além de programador, produzo conteúdo e gerencio blogs. Sou especialista em desenvolvimento de software, SEO de sites e em negócios digitais.