[ 혼공컴운 ] 3주차 공부 1: 메모리와 캐시 메모리

주기억 장치에는 

RAM(Random Access Memory)과 ROM(Read Only Memory)가 있다.

여기서 보통 RAM을 메모리라고 하는데,

오늘은 RAM에 대한 정리를 해보자.

 

 

 

RAM의 특징(주기억장치, 메모리)

• 실행할 명령어와 데이터가 저장됨
• 휘발성 저장 장치
• CPU가 접근 가능
• 실행할 대상을 저장함

 

보조기억장치

• 비휘발성 저장장치
• 보관할 대상을 저장
• CPU가 접근할 수 없음

 

 

RAM의 용량과 성능

RAM이 크면 다양한 실행파일을 동시에 열어둘 수 있어서

다양한 프로그램을 동시에 빠르게 돌리는 것에 유리하다.

하지만 무한히 커진다고 그 속도가 마냥 커지는 것은 아님

 

 

 

 

RAM의 종류

DRAM (Dynamic RAM)

시간이 지날 수록 저장한 데이터가 점차 사라짐따라서 데이터의 소멸을 막기 위해 일정 주기로 데이터를 다시 저장해야함.그러나 소비 전력이 비교적 낮고, 저렴하고, 집적도가 높기 때문에 대용량 설계에 유리하여일반적인 메모리로 자주 사용됨

 

SRAM (Static RAM)

시간이 지나도 저장한 데이터가 사라지지 않음

따라서 주기적으로 데이터를 다시 저장할 이유가 없음

그러나 소비 전력이 DRAM에 비해 높고, 비싸며, 집적도가 낮기 때문에 일반적이 메모리로 잘 사용되지 않으며

대용량으로 만들어질 필요가 없지만, 속도가 빨라야하는 캐시 메모리로 사용됨

 

SDRAM (Synchronous Dynamic RAM)

클럭 신호와 동기화된 형태의 DRAM이다.

클럭 타이밍에 맞춰 CPU와 정보를 주고 받을 수 있음

 

DDR SDRAM (Double Data Rate RAM)

최근 가장 흔히 사용되는 RAM

대역폭을 넓혀 속도를 빠르게 만든 SDRAM

DDR SDRAM은 SDRAM보다 두배 빠름

DDR2 SDRAM은 SDRAM보다 4배 빠름

DDR3 SDRAM은 SDRAM보다 8배 빠름

DDR4 SDRAM은 SDRAM보다 16배 빠름

 

 

 

 

 

메모리의 주소 공간

물리 주소

메모리가 사용하며, 말 그대로 정보가 실제로 저장된 하드웨어상의 주소를 의미

논리 주소

실행 중인 프로그램 각각에 부여된 0번지부터 시작하는 주소

베이스 레지스터

프로그램의 가장 작은 물리 구조

한계 레지스터

논리 구조 번위를 벗어나는 명령어의 실행을 방지함

실행 중인 프로그램이 다른 프로그램에 영향을 받지 않도록 보호함

따라서 한계 레지스터 값 = 논리 주소의 최대 크기 = 프로그램 크기

 

 

논리 주소와 물리 주소 간 변환은 메모리 관리 장치(MMU)라는 하드웨어에 의해 수행

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물리 주소 = 베이스 레지스터 값 + 논리 주소 

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MMU에는 베이스 레지스터가 있는데 그 곳에 저장되어 있는 값과 논리 주소 값을 더하면 물리 주소 값이 됨

 

 

그러나 만약 프로그램의 크기 보다 주소가 명령어에 입력이 되면

타 프로그램을 건드리게 된다.

 

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물리 주소 ≤ 베이스 레지스터 값 + 한계 레지스터 값

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그런 불상사를 막기 위해서 한계 레지스터가 존재한다.

한계 레지스터는 프로그램의 크기와 같은 값이고

물리주소는 논리 주소 값에 한계 레지스터 값 보다는 그 값이 작거나 같아야한다.

 

 

CPU는 메모리에 접근하기 전에 접근하고자 하는 논리 주소가 한계 레지스터보다 작은지를 항상 검사함.

만약에  CPU가 한계 레지스터보다 높은 논리 주소에 접근하려고 하면 인터럽트(트랩)을 발생시켜 실행을 중단 함

 

 

 

캐시 메모리

CPU가 프로그램을 실행할 때 메모리에 자주 접근하는데

이 때 보통 ALU 연산속도가 CPU가 메모리에 접근하는 속도보다 빠르다.

이 한계를 넘지 못하면 컴퓨터 성능의 발전이 어려워짐

이 한계를 극복하기 위해 용량이 작지만 빠른 캐시 메모리가 탄생하였다.