memóriahierarchia

Memória hierárquica é uma organização de memória utilizada em sistemas de computação para equilibrar velocidade, capacidade e custo, empregando várias camadas com diferentes velocidades de acesso, latência e custo por bit. A ideia central é manter os dados mais usados nos níveis mais rápidos e mais caros, enquanto os menos usados residem nos níveis mais lentos e econômicos.

Os níveis típicos incluem: registradores do processador, cache de nível L1, cache L2 e, em muitos sistemas, cache L3 compartilhado entre núcleos; memória principal (RAM, tipicamente DRAM); e armazenamento secundário (HDDs ou SSDs). Caches são extremamente menores que a memória principal, mas muito mais rápidas, explorando a localidade temporal e espacial de referência para acelerar o acesso.

Cada nível utiliza estratégias de organização, como mapeamento direto, cache associativo ou cache por conjunto, além de políticas de substituição (LRU, FIFO, entre outras). O desempenho depende da taxa de acertos (hit rate) e do custo de um miss, que envolve o acesso ao próximo nível da hierarquia.

Além disso, a hierarquia de memória se relaciona com memória virtual e tabelas de páginas por meio de caches de tradução (TLB), que aceleram a tradução de endereços sem recorrer à memória física a cada acesso.

Em sistemas multinúcleo e GPUs, a coerência de caches é um desafio adicional, exigindo protocolos que mantêm dados consistentes entre diferentes cores. A memória hierárquica é fundamental para desempenho, energia e escalabilidade, mas adiciona complexidade de projeto e consumo de energia.