Precarga

La precarga es una técnica utilizada en informática para mejorar el rendimiento mediante la recuperación de datos o instrucciones antes de que sean necesarios. Al predecir lo que un programa solicitará en el futuro, el sistema puede cargar información con anticipación para reducir los tiempos de espera. ^{[ 1 ]}

La precarga se utiliza en diversas áreas de la informática, incluidas las arquitecturas de CPU y los sistemas operativos . Puede implementarse tanto en hardware como en software , y se basa en la detección de patrones de acceso que sugieren qué datos probablemente se necesitarán pronto.

La precarga funciona prediciendo a qué direcciones de memoria o recursos se accederá y cargándolos en un almacenamiento de acceso más rápido, como las cachés . ^{[ 1 ]}

Se puede utilizar la precarga:

• A nivel de hardware , como los controladores de memoria de la CPU.
• A nivel de software , estrategias en compiladores , sistemas operativos, lógica en navegadores web o sistemas de archivos.

Los procesadores (CPU) suelen incluir la precarga, que intenta reducir los fallos de caché cargando los datos en la caché antes de que el programa en ejecución los solicite. Esto se aplica a programas que acceden a la memoria siguiendo patrones predecibles, como los bucles que iteran sobre matrices . ^{[ 1 ]}

La precarga por hardware se puede realizar sin intervención de software y se encuentra en la mayoría de las CPU modernas. Por ejemplo, las CPU de Intel cuentan con diversas opciones de precarga que funcionan en múltiples niveles de caché. ^{[ 1 ]}

• La precarga de paso detecta patrones de acceso a memoria de paso constante (distancia fija entre accesos consecutivos a la memoria) ^{[ 2 ].}
• La precarga de flujo identifica largas secuencias de accesos contiguos a la memoria (acceso secuencial a un bloque de memoria) ^{[ 2 ].}
• La precarga por correlación aprende patrones entre fallos de caché y activa precargas basadas en esos patrones ^{[ 2 ].}

Las instrucciones de precarga pueden ser escritas en el código por el programador o por el compilador. Estas instrucciones especifican las direcciones de memoria que se van a precargar y la distancia de precarga deseada. ^{[ 2 ]}

En el software, existen instrucciones que se pueden escribir con:

• prefetchen arquitectura x86
• __builtin_prefetchen el compilador GCC
• _mm_prefetchEn la Guía de Intel Intrinsics

La precarga puede mejorar significativamente el rendimiento, pero no siempre resulta beneficiosa si se implementa incorrectamente. Si las predicciones son inexactas, la precarga puede desperdiciar ancho de banda , tiempo de procesamiento o causar contaminación de la caché . En sistemas con recursos limitados o cargas de trabajo muy impredecibles, la precarga puede degradar el rendimiento en lugar de mejorarlo. ^{[ 1 ]}

La implementación de la precarga tanto por software como por hardware también puede provocar una degradación del rendimiento debido a las interacciones que pueden producirse entre sí según cómo se haya implementado. ^{[ 6 ]}

• Caché (informática)
• precarga de caché
• precarga de instrucciones
• Ejecución especulativa
• Cola de entrada de precarga