GUÍA 22-10-26 Arquitecturas Computacionales

HU413 · jueves 22/10/2026 · 16:00-17:40 · Sesión 11

Unidad 4 · Jerarquía de memoria y memoria caché

EL PROBLEMA

La velocidad del procesador creció mucho más rápido que la de la memoria durante décadas. Hoy un acceso a DRAM cuesta cientos de ciclos. Sin remedio, el procesador pasaría casi todo el tiempo esperando.

LA JERARQUÍA

• Registros — decenas de bytes, acceso en un ciclo.
• Caché L1 — decenas de kilobytes, unos pocos ciclos.
• Caché L2 y L3 — de cientos de kilobytes a decenas de megabytes, decenas de ciclos.
• Memoria principal DRAM — gigabytes, cientos de ciclos.
• Almacenamiento secundario — terabytes, millones de ciclos.

POR QUÉ FUNCIONA: LOCALIDAD

• Localidad temporal — lo que se usó hace poco probablemente se vuelva a usar. Justifica guardar copias.
• Localidad espacial — lo cercano a lo usado probablemente se use. Justifica traer bloques completos, no palabras sueltas.

Sin localidad, la jerarquía no serviría de nada. Es una propiedad empírica de los programas reales, y es la razón de que recorrer una matriz por renglones sea más rápido que por columnas, tal como se ve en Estructuras de Datos.

ORGANIZACIÓN DE LA CACHÉ

• Correspondencia directa — cada bloque de memoria va a una sola línea. Barata y rápida, con muchos conflictos.
• Totalmente asociativa — cualquier bloque en cualquier línea. Sin conflictos, cara de buscar.
• Asociativa por conjuntos de n vías — el compromiso que se usa en la práctica.

DIVISIÓN DE LA DIRECCIÓN

Una dirección se parte en etiqueta, índice de conjunto y desplazamiento dentro del bloque. El índice selecciona el conjunto, la etiqueta se compara para saber si es acierto, y el desplazamiento elige el byte.

POLÍTICAS

• Reemplazo: LRU, aleatorio o FIFO. LRU es el mejor y el más caro de implementar exactamente.
• Escritura inmediata: se escribe a la vez en caché y en memoria. Simple, mucho tráfico.
• Escritura diferida: se escribe solo en caché y se marca sucia; se vuelca al reemplazar. Menos tráfico, más complejidad.

LOS TRES TIPOS DE FALLO

• Obligatorio — la primera vez que se toca un bloque.
• De capacidad — no cabe el conjunto de trabajo.
• De conflicto — cabría, pero varios bloques compiten por la misma línea.

TAREA

Calcular la tasa de aciertos de una secuencia de accesos sobre cachés de correspondencia directa y asociativa de dos vías, y explicar la diferencia.