[개미의 걸음 1과목 컴퓨터 일반] 기억장치(캐시기억장치, 주기억장치, 가상기억장치)

<기억장치의 종류>

레지스터[Register]

CPU 내부에서 처리할 명령어나 연산의 중간값 등을 일시적으로 수행하는 소규모의 임시기억장치

2020/06/17 - [컴퓨터활용능력 1급] - [1과목 컴퓨터 일반] 중앙처리장치[CPU, Central Processing Unit]

 

캐시기억장치[Cache Memory]

CPU와 주기억장치 사이에서 컴퓨터의 처리속도를 향상시키기 위해 사용하는 것[속도 차에 따른 병목현상을 완화]

CPU가 많이 찾을 것 같은 데이터를 미리 Cache에 저장하며 주기억장치에 비해 용량이 적다

    → 주기억장치의 접근 시간을 최소화하여 시스템 처리 속도가 빨라짐

    → 캐시적중률[Cache Hit Ratio]이 높을수록 시스템의 전체속도가 향상됨

주로 접근 속도가 빠른 SRAM을 사용

 

# CPU와 Cache Memory

CPU는 캐시메모리가 2~3개[L1, L2, L3] 정도 사용된다. → L은 'Level'을 의미

<일반적인 듀얼 코얼 프로세서 모식도>

L1 Cache Memory	* 일반적으로 CPU 칩안에 내장되어 데이터 사용*참조에 가장 먼저 사용되는 캐시 메모리 * 보통 8~64KB의 용량 * CPU가 가장 빠르게 접근할 수 있는 캐시로 여기서 데이터를 못찾으면 L2캐시로 넘어간다.
L2 Cache Memory	* 메모리의 용도와 역할은 L1과 비슷하지만 속도가 L1보다 느린 캐시 메모리     → RAM보다는 빠르다. * 보통 64KB~4MB의 용량 * 일반적으로 CPU die에 별도의 칩으로 내장됨
L3 Cache Memory	* L2 캐시로 대부분 커버가능하기 때문에 요즘에는 L3캐시 메모리를 단 프로세서가 거의 없음 * 없는 것보다 있는것이 분명히 낫지만 CPU성능에 크게 영향을 미치는 부분이 아니라 신경을 쓰지 않는 추세

 

주기억장치[Main Memory]

현재 실행중인 프로그램과 데이터를 저장(기억)하는 장치. 내부기억장치라고도 함

프로그램 기억 장소, 입력데이터 기억장소, 작업장소 및 출력 데이터 기억장소로 구성

반복해서 읽어도 내용은 변하지 않으며 다른 데이터를 기억시키면 그 장소의 이전 내용은 지워짐

컴퓨터가 시동될 때, 컴퓨터 동작에 필수적으로 요구되는 프로그램이 주기억장치에 저장됨

보조기억장치에 비해 처리속도가 빠르고 가격은 고가

   ① ROM[Read Only Memory]

 전원이 꺼져도 기억된 내용이 지워지지 않는 비휘발성 메모리

 기억된 내용을 읽을 수만 읽고, 처리속도가 비교적 느림

 입*출력 시스템, 글자폰트, 자가진단 프로그램 등을 저장

 초기에는 저속으로만 읽고 쓸 수 있기에 설정파일을 보관하는 용도로 주로 사용

 최근에는 속도 개선 및 고용량 집적에 성하며 스마트폰, DSLR, SSD등의 수요가 증가하며 급속한 성장

Mask ROM	제조과정에서 미리 내용을 기억시킨 ROM 사용자가 임의로 수정할 수 없음
PROM [Programmable ROM]	특수 프로그램을 이용해 한 번만 기록할 수 있으며, 이후엔 읽기만 가능한 ROM
EPROM [Erasable PROM]	자외선을 이용해 기록된 내용을 여러번 수정하거나 새로운 내용을 기록할 수 있는 ROM
EEPROM [Electrically EEPROM]	전기적인 방법을 이용해 기록된 내용을 여러 번 수정하거나 새로운 내용을 기록할 수 있는 ROM
EAROM [Electrically Alterable ROM]	특정한 일부분만 삭제하는 것이 가능
Flash Memory	EEPROM의 일종으로 MP3플레이어, 휴대전화, 디카 등에 사용되는 비휘발성 메모리 전력 소모가 적고 고속프로그래밍 및 대용량 저장이 가능하여 컴퓨터의 HDD를 대체할 수 있는 제품    * NOR[코드저장]형 : 데이터의 안정성이 우수                      * NAND[데이터 저장]형 : 저장 단위인 셀을 수직배열해 좁은 면적에 많은 셀 제작 가능

   # NOR VS NAND

NOR	NAND
셀이 병렬로 배열	셀이 직렬로 배열
대용량화가 어려움	대용량화가 어려움
읽기속도 빠르고 쓰기 속도 느림	읽기속도가 느리고 쓰기 속도 빠름
셀 주소를 기억해야함(회로가 복잡)	셀 주소를 기억할 필요가 없음

   ② RAM[Random Access Memory]

전원이 꺼지면 기억된 내용이 모두 사라지는 휘발성 메모리

읽고 쓰기가 자유롭고 처리속도가 빠르다.

주로 사용중인 프로그램이나 데이터를 저장

PC수행성능을 높이는 캐쉬[Cache] 역할을 수행

DRAM [Dinamic RAM]	주로 PC용 주기억장치에 이용되며 시간의 흐름에 따라 데이터가 소멸 정보처리 속도 및 그래픽 처리 능력에 따라 SD램, 램버스 D램, DDR등이 있음 일반적인 D램은 Transistor 1개와 Capacitor 1개로 하나의 셀을 구성
SRAM [Static RAM]	소비전력이 적고 처리속도가 빠르기 때문에 컴퓨터의 캐시, 전자오락기 등에 사용 전원을 공급하는 한 저장된 데이터가 보존 6개의 Transistor가 하나의 셀을 구성
VRAM [Video RAM]	화상정보를 기억하기 위한 전용 메모리 실제 표시되는 원형데이터를 재현하기 위해 숫자데이터 모양으로 기억해두는 메모리
MRAM [Magnetic RAM]	자기저항을 이용해 만든 비휘발성 고체 메모리 빠른 속도, 비휘발성, 저전력 등의 장점으로 인해 IOT기기의 주요 메모리 후보로 꼽힘

# DRAM VS SRAM

구       분	동적램[DRAM, Dinamic RAM]	정적 램[SRAM, Static RAM]
구 성 소 자	콘덴서	플립플롭[Flip-Flop]
재충전여부	필요함(주기적인 재충전이 필요)	재충전 불필요
전 력 소 모	적음	많음
접 근 속 도	느림	빠름
집적도[밀도]	높음	낮음
가       격	저가	고가
용       도	주기억장치	캐시메모리
기 억 용 량	대용량	소용량

 

보조기억장치[Secondary Memory Unit]

전원이 꺼진 상태에서도 저장된 정보가 소멸되지 않는 비휘발성 메모리

컴퓨터 외부에서 프로그램, 데이터를 보관하기 위한 기억장치

주기억장치는 용량이 크지 않으므로 보조기억장치를 통해 대용량의 자료를 보관 가능

주기억장치보다 속도는 느리나 대용량의 자료를 저장가능

보조기억 장치에 저장된 정보는 주기억장치로 옮겨진 후 처리됨

 

기타 메모리

   ① 가상기억장치[Virtual Memory]

 보조기억장치[하드디스크]의 일부를 주기억장치처럼 사용하는 메모리 기법

 주기억장치의 용량 문제를 해결한 장치

       → 주기억장치보다 큰 프로그램을 불러와 실행해야 할 때 유용하게 사용

 CPU가 접근하는 각 주소는 가상 주소를 주기억 장치의 실제적인 주소로 매핑[Mapping]하는 방법을 통해 구현

   ② 연관(연상) 메모리[Associative Memory]

 저장된 내용의 일부를 이용해 기억장치에 접근해 데이터를 읽어오는 장치

 주소가 아닌 기억된 내용을 이용한다.