혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제 6장 정리

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RAM의 특징과 종류

• RAM에는 실행할 프로그램의 명령어와 데이터가 저장 된다.
• RAM은 전원을 끄면 저장된 내용이 날아가는 휘발성 저장장치
• 보조 기억 장치는 전원을 꺼도 내용이 남아있는 비 휘발성 저장장치

CPU는 휘발성 저장장치에 접근하여 프로그램을 실행한다. → 일반적으로 휘발성 저장장치는 실행할 대상을 저장하고, 비 휘발성 저장장치는 보관할 대상을 저장한다.

RAM의 용량과 컴퓨터 성능 영향

• RAM 용량이 크면 많은 프로그램을 동시에 빠르게 실행되기 때문에 유리 하다. → 보조 기억 장치까지 가는 시간을 줄여준다.
• RAM 용량은 어느정도만 커도 된다. 커도 처리 속도가 따라가지 못하면, 속도는 같기 때문이다.
• 처리 속도에 따라 RAM 용량을 적절하게 크게 하는 것이 중요하다.

RAM의 종류

1. DRAM (Dynamic RAM) : 저장된 데이터가 동적으로 변한다. 시간이 지나면 데이터가 점차 사라짐

• DRAM은 소비전력이 비교적 낮고, 저렴하고, 집적도가 높기 때문에 대용량 설계에 용이하여, 일반적으로 ㄱDRAM을 사용한다.

1. SRAM (Static RAM) : 저장된 데이터가 변하지 않는다. → DRAM 보다 속도도 더 빠르다. 집적도가 낮고, 소비 전력이 크며 가격도 비싸서 SRAM은 메모리가 아닌 대용량으로 만들어질 필요가 없지만, 속도가 빨라야 하는 캐시 메모리에 사용된다.
2. SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) : SDRAM은 클럭 신호와 동기화된 DRAM이다. 여기서 ‘클럭 신호와 동기화’ 된 의미는 클럭 타이밍에 맞춰, CPU와 정보를 주고 받을 수 있음을 의미한다.
3. DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) : 최근에 가장 흔히 사용되는 RAM

대역폭 (데이터를 주고받는 길의 너비)를 넓혀 속도를 빠르게 만든 SDRAM이다.

한 클럭에 한번 씩 CPU와 데이터를 주고 받을 수 있는 양이 많다.(대역폭이 두 배), 전송 속도가 빠르다.

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물리 주소와 논리 주소

• 물리 주소: 메모리 하드웨어 상의 실제 주소
• 논리 주소: 각 프로그램마다 0번지 부터 갖는 주소

논리 주소를 물리 주소로 변환하는 것은 CPU와 주소버스 사이에 위치한 메모리 관리 장치(MMU)라는 하드웨어에 의해 수행됨.

CPU가 발생시킨 논리 주소에 베이스 레지스터 값을 더하여, 논리주소를 물리주소로 변환한다.

• 베이스 레지스터 : 프로그램의 가장 작은 첫 물리 주소를 저장
• 논리 주소 : 프로그램의 시작점으로 부터 떨어진 거리

메모리 보호 기법

• 논리 주소의 영역이 다른 프로그램에 침범하면 문제가 생기므로 보호해야 한다.
• 한계 레지스터를 통해 메모리 주소가 다른 영역에 침범하지 않도록 보호한다.
• 한계 레지스터 값은 프로그램의 논리 주소의 크기이며, 프로그램의 물리 주소 범위는 베이스 레지스터 값 이상, 베이스 레지스터 값 + 한계 레지스터 값 미만이 된다.

CPU는 메모리 접근 전에 접근하고자 하는 논리 주소가 한계 레지스터보다 작은지 항상 검사하고, 만약 범위 밖 주소에 접근하고자 하면, 인터럽트(트랩)을 발생시켜 실행을 중단하여 보호 한다.

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캐시 메모리

CPU의 연산이 아무리 빨라도, CPU가 메모리에 접근하는 시간이 느리면, CPU의 빠른 연산은 아무 쓸모가 없다. → 이 문제를 극복하기 위한 것이 캐시 메모리

저장 장치 계층 구조

• 컴퓨터가 사용하는 저장장치들은 CPU에 얼마나 가까운가를 기준으로 계층적으로 나타낼 수 있다.

• CPU와 가까운 저장장치는 빠르고, 멀리 있는 저장장치는 느리며, 속도가 빠른 저장장치는 저장 용량이 작고, 가격이 비싸다.
• CPU가 메모리에 접근하는 속도는 레지스터에 접근하는 속도보다 느리지만, CPU는 프로그램 실행 과정에서 메모리에 빈번하게 접근해야 한다.
• 캐시 메모리는 CPU와 메모리 사이에 위치하고, 레지스터보다 용량이 크며, 메모리보다 빠른 SRAM기반 저장 장치이다.
• 컴퓨터 내부에는 여러 캐시 메모리가 있으며, CPU(코어)와 가까운 순서대로 L1, L2, L3 캐시라고 부른다.
• 캐시 메모리 또한 CPU와 가까운 순서로 빠르고 비싸진다.

참조 지역성 원리

• 캐시 메모리 내 데이터가 CPU에서 활용 될 경우 = 캐시 히트
• 캐시 메모리 내 데이터가 CPU에서 활용되지 않을 경우 = 캐시 미스

캐시 히트되는 비율 = 캐시 적중률 = 캐시 히트 횟수 / (캐시 히트 횟수 + 캐시 미스 횟수)

캐시는 참조 지역성의 원리에 따라, 메모리로부터 가져올 데이터를 결정한다.

1. CPU는 최근에 접근했던 메모리 공간에 다시 접근하려는 경향이 있음 = 시간 지역성
2. CPU는 접근한 메모리 공간 근처를 접근하려는 경향이 있다 = 공간 지역성