本发明提供了一种面向片上堆叠内存的异构内存管理系统及方法，包括：追踪记录迁移的内存数据页(块)并能够根据请求地址返回中继地址；统计分析访存请求并预测“热”页，决定何时触发数据迁移；确定待传输的数据，执行数据的迁移或交换。收到访存请求时，访问元数据，处理和转发访存请求；在异构内存系统中分配数据页；在异构内存系统中释放数据页；决定和执行数据迁移操作。本发明的系统和方法能够最大化地利用可为应用程序提供的内存空间，同时较好地平衡数据迁移和元数据管理的开销，在多道程序工作负载下，如公用移动通信基站场景中，带来较大的处理性能提升，具有广阔的应用前景和潜在的商业价值。