메모리 계층구조 및 캐시 메모리와 가상 메모리 비교

 

 

단답 정리

1.

- 메모리 계층구조는 속도와 용량의 상호보완을 위해 사용

- 캐시 메모리는 데이터의 액세스 시간을 줄이기 위해 사용되는 고속 메모리

- 가상 메모리는 가상의 주소를 활용해 메인 메모리의 용량 한도를 초과하여 프로그램을 사용하게 해주는 메모리 기법

 

가. 메모리 계층 구조의 필요성과 효과

• 필요성: 기억장치들은 속도, 용량 및 가격 측면에서 매우 다양, 이들의 효율적인 활용이 필요
• 효과: 기억장치 시스템의 가격대비 성능을 향상 시킴 (저비용 고효율 정책 필요)

나. 기억장치 특성들 간의 관계

• 접근 속도가 빠를수록 bit당 가격이 높아짐
• 용량이 커질수록 bit당 가격이 낮아짐
• 용량이 커질수록 접근 시간이 길어짐

 

2. 캐시 메모리와 가상 메모리 비교

가. 캐시 메모리 정의

•  캐시메모리는 데이터의 액세스 시간을 줄이기 위해 사용되는 고속 메모리
  • CPU와 주기억 장치의 속도차이로 인한 CPU 대기 시간을 최소화하기 위해 CPU와 주기억장치 사이에 설치하는 고속 반도체 (SRAM)
  • cache hit, cache miss, hit ratio, miss ratio, 평균 캐시메모리 access 시간

 

나. 가상 메모리 정의

• 가상 메모리는 가상의 주소를 활용해 주 메모리의 용량 한도를 초과하여 프로그램을 사용하게 해주는 메모리기법
  • 각 프로그램에 실제 주소가 아닌 가상의 주소를 주는 것으로 주기억장치 (DRAM)보다 큰 용량의 프로그램을 사용할때 이용하는 메모리기법
  • 실제로 프로그램 수행에 필요한 부분만 메모리에 적재하여 주기억장치의 용량보다 큰 프로그램 파일이라도 사용자가 메모리에 적재 가능
  • 애플리케이션이 실행될 때, 실행에 필요한 일부분만 메모리에 올라가며 애플리케이션의 나머지는 디스크에 남게 됨. 즉, 디스크가 RAM의 보조 기억장치(backing store)처럼 작동

다. 캐시 메모리 VS 가상 메모리

1. 캐시는 메모리 저장 장치 이지만 가상 메모리는 기술
2. 가상 메모리는 메인 메모리보다 큰 프로그램의 실행을 가능하게합니다. 반면에 캐시 메모리는 최근에 사용 된 원본 데이터의 복사본 을 저장
3. 가상 메모리 관리는 운영 체제에 의해 수행됩니다. 반면에 캐시 메모리 관리는 하드웨어에 의해 수행
4. 가상 메모리 기술은 매핑 구조 가 가상 주소를 물리적 주소에 매핑하는 반면 캐시 메모리 는 매핑 구조를 필요로 하지 않음

항목	캐시 메모리	가상 메모리
위치	CPU와 주기억장치 사이	주기억장치와 디스크 사이
목적	느린 주기억 장치의 속도차 극복	주기억 장치의 용량 한계 극복
구현	물리적으로 구현	논리적으로 구현 (OS가 운영)
속도	빠름	캐시보다는 느림
교체단위	Block	page & segment
교체후보	동일 SET 내에서 결정	전체 페이지 중에서 결정
LRU교체 정책 구현 가능여부	LRU (Least Recently Use) 구현 가능	page 크기 상 LRU 불가능
특징	- 캐시 미스 발생시 성능 저하 - 병렬 처리에서 일관성 문제 개선 필요	- 하드웨어 MMU 활용 - 스레싱으로 인한 성능 저하

 

3. 가상 메모리 요소

• MMU (Memory Management Unit): 가상주소를 물리주소로 변환하고, 메모리를 보호하는 기능 수행 / CPU 는 가상주소를 참조하고, 가상주소에 해당하는 실제 물리주소를 참고하는 방식이지만, 이러면 느려지니까 MMU가 가상주소를 물리주소로 빠르게 변환해주는 역할을함