컴퓨터 구조 Ch.6 메모리와 캐시 메모리

6-1. RAM의 특징과 종류

• DRAM (DynamicRAM)

저장된 데이터가 동적으로 변함. 데이터의 소멸을 막기 위해 일정 주기로 데이터를 재활성화(다시 저장) 해야함.

• SRAM (StaticRAM)

DRAM과 반대로 정적으로 저장된 데이터가 유지, 속도가 빠르고 집적도가 낮으며 소비전력이 높고 비쌈. 주로 캐시 메모리에서 사용.

• SDRAM (Synchroous Dynamic RAM)
  • 클럭 신호와 동기화된, 발전된 형태의 DRAM
  • 클럭마다 CPU와 정보를 주고 받을 수 있음.
    
    
• DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)
  • 대역폭(data rate) 을 넓혀 속도를 빠르게 만든 SDRAM
  • 대역폭 : 데이터를 주고받는 길의 너비
  • DDR 숫자가 하나 늘어날수록, 대역폭은 두배 증가. (ex : DDR4는 DDR3보다 대역폭이 두배)

6-2. 메모리의 주소 공간

• 물리 주소 : 메모리 하드웨어가 사용하는 주소
• 논리 주소 : CPU와 실행 중인 프로그램이 사용하는 주소
• MMU (Memory Management Unit) 메모리 관리 장치, 논리주소를 물리주소로 변환해주는 하드웨어. CPU가 발생시킨 논리 주소에, 베이스 레지스터 값을 더하여 물리주소로 반환.
• 한계 레지스터 논리 주소의 최대 크기를 저장함. 프로그램의 물리 주소 범위 : 베이스 레지스터값~베이스레지스터+한계레지스터값

6-3. 캐시 메모리

• 저장 장치 계층 구조
  • 컴퓨터가 사용하는 저장 장치 들을, CPU에서 얼마나 가까운지를 기준으로 계층적으로 나타낸 구조.
  • 상위구조일수록 속도가 빠르고, 용량이 작으며, 가격이 비싸다.
    
    
• 캐시 메모리
  • CPU와 메모리 사이에 위치하는 SRAM 기반의 저장 장치
  • CPU(코어)와 가까운 순서대로 L1캐시, L2캐시, L3캐시로 구성, L3캐시는 코어 외부에 위치.
    
    
• 참조 지역성 원리
  • 캐시 메모리는 CPU가 사용할 법한 대상을 예측하여 저장.
  • 예측 성공하여 캐시 메모리 내 데이터가 CPU에서 활용되는 경우는 cache hit, 예측 실패로 메모리에서 필요한 데이터를 직접 가져와야 하는 경우는 cache miss.
  • 캐시 적중률 = 캐시 히트 횟수 / (캐시 히트 횟수 + 캐시 미스 횟수)
  • 일반적인 캐시 적중률은 대략 85~95% 이상.
  • 시간 지역성 : 최근에 접근했던 메모리 공간에 다시 접근하려는 경향
  • 공간 지역성 : 접근한 메모리 공간 근처를 접근하려는 경향
    
    

참고 : 혼자 공부하는 컴퓨터구조 + 운영체제 (강민철 저)