Última atualização: 2026-06-29

Taxa de acertos de cache e AMAT

Um cache acelera o acesso aos dados mantendo os itens usados com frequência em armazenamento rápido, mas só ajuda na proporção em que os dados são de fato encontrados ali. Esta calculadora converte a taxa de acertos de um cache, seu tempo de acerto e a penalidade de uma falha no tempo médio de acesso à memória (AMAT) — o número único que indica a rapidez percebida do sistema em média — junto com a taxa de falhas.

A fórmula do AMAT

Todo acesso ou encontra seus dados no cache (um acerto) ou não os encontra (uma falha). Um acerto custa o tempo de acerto; uma falha custa o tempo de acerto mais uma penalidade para buscar os dados na memória mais lenta. Calculando a média de muitos acessos, obtém-se:

$\text{AMAT} = t_h + m \cdot t_m$

em que $t_h$ é o tempo de acerto, $t_m$ é a penalidade de falha e $m$ é a taxa de falhas. A taxa de falhas é simplesmente um menos a taxa de acertos:

$m = 1 - h$

Como todo acesso paga $t_h$, mas apenas a fração $m$ paga $t_m$, um cache com taxa de acertos alta aproxima a média do tempo de acerto rápido.

Exemplo resolvido

Considere um cache L1 com taxa de acertos de 95%, tempo de acerto de 1 ns e penalidade de falha de 100 ns para alcançar o nível seguinte:

Mesmo que 95% dos acessos sejam rápidos, o tempo médio de acesso é seis vezes o tempo de acerto. Os 5% de acessos que falham contribuem com a maior parte do custo, porque a penalidade de falha é cem vezes o tempo de acerto.

Por que a taxa de falhas importa mais do que parece

A alavancagem no ajuste de cache vem da grande diferença entre o tempo de acerto e a penalidade de falha. Aumentar a taxa de acertos de 95% para 99% no exemplo acima reduz o AMAT de 6 ns para 2 ns — uma melhoria de cerca de três vezes a partir de uma variação de quatro pontos na taxa de acertos. É por isso que pequenas melhorias em localidade, prefetching ou tamanho do cache podem render ganhos desproporcionais, e por que vale a pena atacar diretamente a penalidade de falha.

Estendendo a uma hierarquia

Processadores modernos empilham vários caches (L1, L2, L3) à frente da memória principal. A fórmula se aninha naturalmente: a penalidade de falha de um nível é o AMAT do nível abaixo dele. Para analisar uma hierarquia, calcule primeiro o nível mais profundo e propague seu resultado para cima como penalidade de falha do nível acima. Para o panorama mais amplo de como a latência de acesso se combina ao longo de um caminho de requisição, consulte o Calculadora de orçamento de latência.

Esses números pressupõem um padrão de acesso estável; cargas de trabalho reais variam, portanto trate o AMAT como uma média representativa, e não como uma garantia para qualquer acesso isolado.