물리 주소, 논리 주소, MMU, 베이스 레지스터, 한계 레지스터
주소에는 물리 주소와 논리 주소가 있습니다. 이번 절에서는 이 두 주소의 개념과 차이, 그리고 두 주소 간의 변환 방법을 학습합니다.

물리 주소와 논리 주소

CPU와 메모리에 저장된 정보는 시시각각 변하기 때문에 실행 중인 프로그램은 메모리 몇 번지에 무엇이 저장되어 있는지 다 알지 못한다.그렇다면 CPU와 실행 중인 프로그램이 이해하는 주소는 무엇을까?
메모리가 사용하는 물리 주소(physical address)는 정보가 실제로 저장된 하드웨어상의 주소를 의미한다. 반면 CPU와 실행 중인 프로그램이 사용하는 논리 주소(logical address)는 실행 중인 프로그램 각각에서 부여된 0번지부터 시작되는 주소를 의미한다.
논리 주소와 물리 주소가 상호작용하기 위한 변환은 CPU와 주소 버스 사이에 위치한 메모리 관리 장차(MMU; Memory Management Unit)라는 하드웨어에 의해 수행된다. MMU는 CPU가 발생시킨 논리 주소에 베이스 레지스터 값을 더하여 논리 주소를 물리 주소로 변환한다. 이때 베이스 레지스터는 프로그램의 가장 작은 물리 주소로, 프로그램의 첫 물리 주소를 저장한다. 즉, 논리 주소는 프로그램의 시작점으로부터 떨어진 거리인 셈이다.

메모리 보호 기법

다른 프로그램의 영역을 침범할 수 있는 명령어는 위험하기 때문에 논리 주소 범위를 벗어나는 명령어 실행을 방지하고 실행 중인 프로그램이 다른 프로그램에 영향을 받지 않도록 보호할 방법이 필요하다. 이는 한계 레지스터(limit register)라는 레지스터가 담당한다.
베이스 레지스터가 실행 중인 프로그램의 가장 작은 물리 주소를 저장한다면, 한계 레지스터는 논리 주소의 최대 크기를 저장한다. 즉, 프로그램의 물리 주소 범위는 베이스 레지스터 값 이상, 베이스 레지스터 값 + 한계 레지스터 값 미만이 된다. 그리고 CPU가 접근하려는 논리 주소는 이 범위 내에서만 가능하다. 그리고 이를 위해 CPU는 메모리에 접근하기 전에 접근하고자 하는 논리 주소가 한계 레지스터보다 작은지를 항상 검사하고, 범위를 벗어나면 인터럽트(트랩)을 발생시킨다.

5가지 키워드로 정리하는 핵심 포인트

• 물리 주소는 메모리 하드웨어상의 주소이고, 논리 주소는 CPU와 실행 중인 프로그램이 사용하는 주소입니다.
• MMU는 논리 주소를 물리 주소로 변환합니다.
• 베이스 레지스터는 프로그램의 첫 물리 주소를 저장합니다.
• 한계 레지스터는 실행 중인 프로그램의 논리 주소와 최대 크기를 저장합니다.