_컴퓨터 구조_ 06. 메모리와 캐시 메모리

06-1 RAM의 특징과 종류

• RAM의 특징
  실행할 명령어와 데이터의 저장공간

  -휘발성 저장장치
  	전원을 끄면 저장된 내용이 사라짐(RAM)
  
  -비휘발성 저장장치
  	전원을 꺼도 저장된 내용이 유지됨(하드 디스크, SSD, CD-ROM, USB)
  
  -> CPU는 비휘발성 저장장치인 보조기억장치에 직접접근X
  따라서, 비휘발성 저장장치에 "보관할 대상", 휘발성 저장장치에 "실행할 대상"을 저장
  

- RAM의 용량과 성능
	RAM 용량이 클수록 보조기억장치의 데이터를 많이 가져와 미리 저장 가능
	 -> ==많은 수의 프로그램 동시 실행==에 유리
	 -> 용량이 필요 이상으로 커질 경우 의미X

- RAM의 종류
	```MarkDown
	-DRAM(Dynamic RAM)
		저장된 데이터가 "동적"으로 변하는 RAM(시간이 지날수록 데이터소멸)
		-> 일반적인 메모리로서 기용(소비전력 낮음, 저렴, 집적도 높음, 대용량 설계 가능)

	-SRAM(Static RAM)
		저장된 데이터가 "정적"으로 변하는 RAM(시간이 지나도 데이터소멸X)
		-> DRAM보다 성능면으로 우수, but 일반적인 대용량 메모리로서 적합X
		-> 속도면에서 우수해야하는 "캐시 메모리"와 같은 곳에 사용

	-SDRAM
		클럭 속도와 동기화된 발전된 형태의 RAM
		-> 클럭마다 CPU와 정보를 주고받을 수 있음

	-DDR SDRAM
		대역폭을 넓혀 속도를 증가시킨  SDRAM
		-> 클럭마다 CPU와 주고받는 정보의 양이 증가
		-> DDR2, 3, 4와 같이 점점 정보의 양이 2제곱으로 늘어남

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06-2 메모리의 주소 공간

주소는 물리주소와 논리주소로 나누어짐

• 물리주소와 논리주소
  물리주소 : 메모리 하드웨어가 사용하는 주소
  논리주소 : CPU와 실행 중인 프로그램이 사용하는 주소

  -물리주소
  	정보가 실제로 저장된 하드웨어 상의 주소를 의미
  	
  -논리주소
  	실행 중인 프로그램 각각에게 부여된 0번지부터 시작되는 주소를 의미
  
  -EX)
  	메모리에 여러가지 프로그램이 적재되었다고 가정하는 경우
  	각각의 프로그램은 다른 프로그램의 주소를 알 필요X(언제든 새로 시작되고 삭제되기 때문)
  	따라서, 0번지부터 시작하는 자신만을 위한 주소를 가짐(논리주소) -> CPU가 해석
  

	논리주소의 물리주소 변환
	==베이스 레지스터==
	프로그램의 가장 작은 물리주소 저장
	 -> ==메모리 관리 장치(MMU)==에 의해 수행(==베이스 레지스터값== + 논리주소값 = 물리주소값)

- 메모리 보호 기법
	==한계 레지스터==
	논리주소의 최대 크기 저장
	 -> 프로그램의 논리 주소영역을 벗어난 명령어들의 실행 방지, 다른 프로그램의 영향 억제

-> 프로그램 물리주소 범위 = 베이스레지스터 값 이상, 베이스레지스터값 + 한계레지스터 값 미만

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### 06-3 캐시 메모리
메모리에 접근하는 시간이 느릴 경우를 극복하기 위한 저장 장치

- 저장 장치 계층 구조
	저장장치의 기본 명제
	1. CPU와 가까운 저장장치는 빠르고, 멀리 있는 저장장치는 느리다
	2. 속도가 빠른 저장장치는 저장 용량이 작고, 가격이 비싸다
	
|   저장장치   |   속도   |  용량    |  가격    |
|:-----|:-----|:-----|:-----|
|   레지스터   |  빠름    |   작음   |   비쌈   |
|   메모리   |  중간    |   중간   |  중간    |
|   보조기억장치   |   느림   |   큼   |   비쌈   |

- 캐시 메모리
	일반적인 CPU -> 메모리 접근 속도 < 레지스터 접근 속도
	CPU 연산속도가 빠르더라도 메모리에 접근하는 속도가 느리다면 의미X
	 -> ==캐시 메모리==를 통해 CPU의 연산과 접근 속도의 간격을 줄이고자함
	```MarkDown
	-캐시 메모리
		CPU와 가까운 순서대로 계층을 구성
		L1 캐시 > L2 캐시 > L3 캐시

• 참조 지역성 원리
  캐시 메모리는 CPU가 사용할 법한 대상을 예측하여 저장
  캐시 히트 : 실제로 예측에 성공할 경우
  캐시 미스 : 예측이 실패한 경우

  캐시 히트 : 실제로 예측에 성공할 경우
  캐시 미스 : 예측이 실패한 경우
  캐시가 히트되는 비율 : 캐시 히트 횟수 / (캐시 히트 횟수 + 캐시 미스 횟수)
  

	-> ==참조 지역성의 원리== : 캐시 메모리가 메모리로부터 가져올 데이터를 선택하는 원칙
	```MarkDown
	1. CPU가 최근에 접근했던 메모리 공간에 다시 접근하려는 경향이 존재
		ex) 변수에 값을 저장하는 경우 언제든 다시 변수에 접근이 가능(시간 지역성)
	2. CPU가 접근한 메모리 공간 근처를 접근하려는 경향이 존재
		ex) 메모리 내 프로그램들은 각자 관련된 데이터들이 모여 저장(공간 지역성)