컴퓨터 구조 - 컴퓨터 구조 기초

컴퓨터 구조 기초

Microprocessor Cache

MPU

정의 : Micro Processor Unit
기능 : 컴퓨터 핵심기능인 기계어 해석, 연산수행
특징

• 주변에 RAM , IO장치등이 없으면 작동이 불가능하다
• CPU와 거의 동일하지만, 좀 더 소형화된 버전(?), 전자기기나 산업용기기에 쓰인다

MPU/CPU와 달리 MCU는 CPU기능을 하는 핵심장치와 그 외 주변 장치들을 통합한 통합형 칩셋이다..따라서 다른 부품 제어 가능

Cache

정의 : 자주 사용하는 데이터나 값을 미리 복사해 놓는 임시 장소, 메모리 접근의 지역성을 이용하는 장치이다.
기능 : Processor입장에서 Cache가 성능 개선 부분에 중요한 역할을 한다

• Processor의 성능을 메모리가 따라오지 못해 생기는 성능차이를 Cache로 극복
  ex) CPU가 1,000,000 bps 이고 Memory가 1 bps라 하자.
  CPU에서 Memory로 바로 1,000,000 bit 데이터를 보내려면 1,000,000초가 걸린다.(병목현상)
  하지만 1,000bps Cache를 사용하면
  CPU -> Cache : 1000초
  Cache -> Memory : 1000초
  CPU에서 Cache로 데이터를 보내면서 Cache에서 Memory로 데이터를 보낼 수 있기 때문에 "시간단축"의 효과를 가진다
  
• application이 점점 더 많은 data를 쓰는데 이를 커버하기 위해서 Cache 크기를 키움

특징

• 웹브라우저로 생각하면, 페이지를 이동할 때 불필요한 전송을 줄이고 시간을 단축시키는데, 캐시가 사용된다
• 서버의 부하를 줄여줄 수 있다.
• 주기억장치와 메모리 사이에 위치
• 크기는 보통 수십 KByte ~ 수백 KByte
• 처리속도가 거의 CPU의 속도와 비슷할 정도로 빠르다.

Virtual Memory

MMU

정의 : Memory Management Unit, CPU가 메모리에 접근하는 것을 관리하는 장치

여기서 Memory Mangement는 CPU가 가상주소체계를 통해 실제메모리주소에 존재하는 프로그램을 읽고 실행시키기 위해 필요한 과정을 관리해주는 알고리즘이다.

역할 : 메모리관리의 핵심역할, Physical Memory <-> Virtual Memory 주소변환 역할

가상메모리

• 사용자가 기억장소를 일일이 할당하는 불편을 제거
• 프로세스의 크기가 실제 메모리의 용량을 초과해도 실행될 수가 있다.

동작방식

1. MPU(CPU)가 MMU에게 Virtual Memory를 전송

2. MMU는 TLB(Translate Look-Aside Buffer)라는 고속의 보조기억장치를 참조
   -- 실패했을 경우(TLB에 변환정보 x),, Page Table(외부 메모리에 존재)을 불러온다(TLB보다는 느리다)
   -- 이마저도 실패 : page fault -> disk 로부터 page를 읽어서 page table과 TLB를 갱신한다.

3. 찾은 Physical Address로 물리메모리의 데이터를 가져온다.

전체과정