[혼공컴운] ch.6 메모리와 캐시 메모리

6-1. RAM의 특징과 종류

1. RAM의 특징

• 휘발성 저장 장치 : 전원을 끄면 저장된 내용이 사라짐
  • RAM
  • 실행할 대상 저장
• 비휘발성 저장 장치 : 전원이 꺼져도 저장된 내용 유지
  • HDD, SSD, CD-ROM, USB 메모리 >> 보조기억장치
  • 보관할 대상 저장

2. RAM의 용량과 성능

• RAM 용량이 적은 경우 : 보조기억장치에서 실행할 프로그램을 가져오는 일이 잦아 실행 시간 길어짐
• RAM 용량이 충분한 경우 : 보조기억장치에서 많은 데이터를 가져와 미리 RAM에 저장할 수 있음. 많은 프로그램 동시 실행에 유리
• RAM 용량이 과할 경우 : 용량이 필요 이상으로 클 때 속도가 비례하여 증가하지는 않음

3. RAM의 종류

1) DRAM(Dynamic RAM)

• 저장된 데이터가 동적으로 변하는(사라지는) RAM
• 시간이 지나면 저장된 데이터가 점차 사라짐
• 데이터의 소멸을 막기 위해 일정 주기로 데이터 재활성화(다시 저장) 필요
• 우리가 일반적으로 사용하는 RAM
  • 소비전력, 가격이 낮고 집적도가 높음 >> 대용량 설계 용이

2) SRAM(Static RAM)

• 시간이 지나도 저장된 데이터가 사라지지 않음
• DRAM보다 속도도 빠름
• 집적도 낮음, 소비전력 및 가격이 높음
• 대용량으로 만들어질 필요는 없으나 속도가 빨라야 하는 저장 장치에 주로 사용(캐시 메모리 같은)

3) SDRAM(Synchronous Dynamic RAM)

• 클럭 신호와 동기화(클럭 타이밍에 맞춰 CPU와 정보 주고받기 가능), 발전된 형태의 DRAM
• 클럭에 맞춰 동작하며 클럭마다 CPU와 정보 주고 받을 수 있는 DRAM

4) DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM)

• 대역폭을 넓혀 속도를 빠르게 만든 SDRAM
  • 대역폭 : 데이터를 주고받는 길의 너비

3주차 기본 과제 1 (P.185 Q.3)
빈칸을 채워 넣으시오
1. 주로 캐시 메모리로 활용됩니다. > SRAM
2. 주로 주기억장치로 활용됩니다. > DRAM
3. 대용량화하기 유리합니다. > DRAM
4. 집적도가 상대적으로 낮습니다. > SRAM

/

6-2. 메모리의 주소 공간

1. 물리 주소와 논리 주소

• 물리 주소 : 정보가 실제로 저장된 하드웨어상의 주소
• 논리 주소 : 실행 중인 프로그램 각각에 부여된 0번지부터 시작되는 주소
• 메모리 관리 장치(MMU, Memory Management Unit) : 논리 주소와 물리 주소 간의 변환이 이루어지는 하드웨어
• 베이스 레지스터 : 프로그램의 가장 작은 물리 주소. 프로그램의 첫 물리 주소를 저장하는 것
• 논리 주소 : 프로그램의 시작점으로부터 떨어진 거리

2. 메모리 보호 기법

• 한계 레지스터 : 다른 프로그램의 영역을 침범할 수 있는 명령어는 위험하기에 논리 주소 범위를 벗어나는 명령어 실행을 방지하고 실행 중인 프로그램이 다른 프로그램에 영향을 받지 않도록 보호하는 레지스터

• CPU가 접근하려는 논리 주소는 한계 레지스터가 저장한 값보다 커서는 안 됨

/

6-3. 캐시 메모리

1. 저장 장치 계층 구조

• 저장 장치 계층 구조 : CPU에 얼마나 가까운가를 기준으로 각기 다른 용량과 성능의 저장 장치들을 계층화하여 표현한 구조
  • CPU와 가까울 수록 빠르고, 용량이 작고, 비쌈
  • 위 계층으로 올라갈수록 CPU와 가깝고 용량은 작으나 빠름
  • 아래로 내려갈수록 CPU와 멀고 용량은 크나 느림
    

2. 캐시 메모리

• CPU와 메모리 사이에 위치
• 레지스터보다 용량 크고 메모리보다 빠른 SRAM 기반의 저장 장치
• CPU의 연산 속도, 메모리 접근 속도의 차이를 줄이기 위한 저장 장치
• 코어와 가장 가까운 캐시 메모리를 L1 캐시, 그 다음으로 L2, L3 캐시라고 부름
  • 일반적으로 L1, L2는 코어 내부에 L3는 외부에 위치
  • 캐시 메모리 용량 : L1, L2, L3 순으로 커짐
  • 캐시 메모리 속도 : L3, L2, L1 순으로 빨라짐
  • 캐시 메모리 가격 : L3, L2, L1 순으로 비싸짐

3. 참조 지역성 원리

• 캐시 히트(cache hit) : 자주 사용될 거라 예측한 데이터가 실제로 들어맞아 캐시 메모리 내 데이터가 CPU에서 활용될 경우

• 캐시 미스(cache miss) : 예측이 틀려 메모리에서 필요한 데이터를 직접 가져와야 하는 경우

• 캐시 적중률(cache hit ratio) : 캐시가 히트되는 비율

  • 캐시 히트 횟수 / (캐시 히트 횟수 + 캐시 미스 횟수)
    /

• 참조 지역성 원리(locality of reference, principle of locality)

  • CPU가 메모리에 접근할 때 주된 경향을 바탕으로 만들어진 원리

    1) 최근에 접근했던 메모리 공간에 CPU가 다시 접근하려는 경향 : 시간 지역성
    2) 접근한 메모리 공간 근처를 접근하려는 경향 : 공간 지역성

3주차 기본 과제 2 (p.205 Q1.)
1. 저장 장치 계층 구조 도식도를 채우세요
1) 레지스터
2) 캐시 메모리
3) 메모리
4) 보조기억장치

// 1학기 전공 과목 '컴퓨터구조' 에서 많이 나온 용어들이나 개념들이 보여 복습 겸 내가 놓친 개념을 다시 잡을 수 있어서 좋다...