기억장치와 캐시메모리

기억장치

cpu 저장장치 레지스터가 있고, cpu명령이나 자료를 일시적으로 저장하는 캐시가 있다.

컴퓨터가 동작할 때 처리 하는 프로그램들의 명령어나 자료를 저장하는 주기억장치가 있고, 개인의 자료와 처리 결과를 보관하는 보조기억 장치가 있다.

주 기억장치(RAM, ROM)

컴퓨터 내부에서 현재 cpu가 처리하고 있는 내용을 저장하고 있는 기억장치이다.

<특징>

• 비교적 용량이 크고 처리속도가 빠르다.

• cpu의 명령에 의해 기억된 장소에 직접 접근하여 읽고 쓸수가 있음

• 대표적으로 RAM 과 ROM으로 나뉜다.

ROM(Read Only Memory)

• 전원이 끊어져도 기록된 데이터가 소멸되지 않는 비휘발성 메모리이다.

• 오직 기억된 데이터를 읽기만 가능한 장치이다.

• 데이터를 저장한 후 반영구적으로 사용할 수 있다. 그래서 시스템에 기억시키고 변화시키면 안되는 BIOS 같은 주요 데이터는 이 장치에 저장된다.

• ROM은 데이터를 한번 저장하면 수정불가하다.

• PROM(1번 다시쓰기 가능) ,EPROM(무한), EEPROM(무한) 은 특수한 방법으로 삭제후 다시 쓸수 있다.

RAM(Random Access Memory)

• RAM은 ROM과 달리 읽고 쓰기가 가능하고, 응용프로그램, 운영체제 등을 불러와 CPU가 작업할 수 있도록 하는 기억장치이다.

• 데이터를 읽는 속도와 기록하는 속도가 같다.

• 프로그램을 로딩하거나, 데이터를 임시 저장하는곳에 사용.

• 전원이 끊어지면 모든 데이터가 지워져서 휘발성 메모리이다.

• 실행하고 있는 파일은 항상 보조기억장치에 저장을 해주어야만 한다.

보조기억장치

물리적인 디스크가 연결되어 있는 기억장치이다.

• 주기억장치보다는 느리지만 컴퓨터의 전원을 끄더라도 저장된 데이터가 사라지지 않고 영구적으로 보관 할 수 있다.

• 대표적인 보조기억장치는 HDD와 SSD가 있다

HDD(Hard Disk Driver)

• 물리적인 디스크를 고속으로 회전시켜 데이터를 저장하는 장치.

• 디스크에 물리적으로 저장하기 때문에 충격에 약하며, 소음이 다소 발생한다.

• 가장 대중적이었으나 크기가 작고 처리속도가 향상된 SSD가 나오면서 많이 소멸되었다.

SSD(Soild State Driver)

• 반도체 기반의 정보를 저장하는 기억장치이다.

• 물리적으로 데이터를 저장하는게 아니라 전기적으로 데이터를 저장하기 때문에 속도가 월등히 빠르고 소음도 발생하지 않는다.

• 전력소모가 적고 경량화, 소형화 할수 있다. 하지만 아직 가격이 높다.

프로그램 실행시 일어나는일

보조기억장치에 저장된 데이터를 주기억장치로 불러와 CPU가 해당 데이터를 처리하는 과정으로 실행된다.

캐시 메모리

정의

캐시 메모리란 cpu 처리 속도와 주 기억장치의 접근 속도 차이를 줄이기 위해 사용하는 고속 buffer memory이다.

이용효과

프로그램의 실행과정 중 주어신 시간동안 참조하는 메모리의 영역은 좁다. (메모리 참조의 국부성)

따라서 자주 참조되는 프로그램의 일부를 속도가 빠른 기억장치에 저장해놓고 실행한다면 프로그램의 총 실행시간을 단축할 수 있다.

특징

1. 주 기억장치와 CPU 사이에 위치하며, 자주 사용하는 프로그램과 데이터를 기억한다.

2. 캐시 메모리는 메모리 계층 구조에서 가장 빠르며, 처리속도가 CPU와 비슷할 정도이다.

3. 사용시 주기억장치에 접근하는 횟수가 줄어들면서 컴퓨터의 처리속도가 향상됨.

4. 캐시 주소표는 검색시간을 단축시키기 위해 주로 연관기억장치(CAM)을 사용한다.

5. 캐시는 보통 수십 킬로바이트에서 수백킬로바이트이다.

캐시 설계시 고려사항

1. 캐시의 크기(Cache Size)

2. 전송 (Block Size)

3. 교체 알고리즘(Replacement Algorithm)

캐시 적중률 (Cash hit rate)

명령이나 자료를 찾기 위해 캐시 메모리에 접근했을 때 원하는 정보가 있을 수도 있고 없을수도 있다.

만약 원하는 정보가 캐시 메모리에 있을때 적중(Hit)되었다고 하고 ,없다면 실패했다고 한다.

적중률 = 적중횟수/ 총 접근횟수 이고 컴퓨터의 성능을 나타내는 척도로 사용된다.

(적중률이 0.95~0.99 일떄 우수하다고 한다.)

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