컴퓨터 구조 - (5) 메모리와 캐시 메모리

- 목차 -

1. RAM의 특징과 종류

2. 메모리의 주소 공간

3. 캐시 메모리

 

1. RAM의 특징과 종류

• RAM은 전원을 끄면 저장된 내용이 사라지는 휘발성 저장 장치이다. RAM의 용량이 크면 보조기억장치에서 많은 데이터를 가져와 미리 RAM에 저장할 수 있어 많은 프로그램들을 동시에 빠르게 실행하는 데 유리하다.

CPU-RAM-보조기억장치

 

• DRAM : 시간이 지나면 저장된 데이터가 점차 사라지는 RAM
• SRAM : 시간이 지나도 저장된 데이터가 사라지지 않는 RAM

	DRAM	SRAM
재충전	필요함	필요없음
속도	느림	빠름
가격	저렴함	비쌈
집적도	높음	낮음
소비 전력	적음	높음
사용 용도	주기억장치(RAM)	캐시 메모리

• SDRAM : 클럭과 동기화된 DRAM으로 클럭에 맞춰 동작하며 클럭마다 정보를 주고 받을 수 있는 DRAM
• DDR SDRAM : 데이터를 주고받는 길의 너비(대역폭)가 두 배 넓은 SDRAM. 4배 넓으면 DDR2 SDRAM이라고 한다. 

 

2. 메모리의 주소 공간

• 물리 주소 : 메모리가 사용하는 주소
• 논리 주소 : CPU와 실행중인 프로그램이 사용하는 주소

MMU가 변환을 수행

• 메모리 관리 장치(MMU) : CPU와 주소 버스 사이에 위치하여 논리 주소와 물리 주소 간의 변환이 수행된다.
  • 베이스 레지스터 : 프로그램의 가장 작은 물리주소, 즉 프로그램의 첫 물리주소를 저장하고 논리 주소는 프로그램의 시작점으로부터 떨어진 거리이다.
  • 한계 레지스터 : 다른 프로그램의 영역을 침범할 수 있는 명령어는 위험하기 때문에 논리 주소 범위를 벗어나는 명령어 실행을 방지하고 실행 중인 프로그램이 다른 프로그램에 영향을 받지 않도록 보호하는 레지스터

 

한계 레지스터가 주소 침범시 인터럽트를 발생시킨다.

 

 

3. 캐시 메모리

• 캐시 메모리 : CPU와 메모리 사이에 위치하고, CPU의 연산 속도와 메모리 접근 속도의 차이를 줄이기 위한 저장장치. 레지스터보다 용량이 크고 메모리보다 빠른 SRAM 기반.

 

• 저장 장치 계층 구조 : 일반적으로 L1, L2 캐시 메모리는 CPU 내부에 있고 L3 캐시는 코어 외부에 위치하고 있다.

memory hierarchy

 

• 캐시 적중률 : 캐시가 히트되는 비율. 캐시 적중률이 높으면 CPU의 메모리 접근 횟수를 줄일 수 있다.
  • 캐시 히트 : 자주 사용할 것으로 예측한 데이터가 실제로 맞아 캐시 메모리 내 데이터가 CPU에서 활용될 경우
  • 캐시 미스 : 예측이 틀려 메모리에서 필요한 데이터를 직접 가져와야 하는 경우
  • 참조 지역성 원리에 따라 데이터를 예측하여 캐시 적중률을 높인다.
    • 1) 시간지역성 : CPU는 최근에 접근했던 메모리 공간에 다시 접근하려는 경향이 있다.
    • 2) 공간지역성 : CPU는 접근한 메모리 공간 근처를 접근하려는 경향이 있다.