10 메모리 구조 - (1) 메모리 계층

메모리 종류와 계층구조

1. 주기억장치(Main Memory) : RAM(Dynamic 램) + ROM

CPU와 직접 통신하는 기억장치(CPU와 I/O프로세서를 통한 입출력 장치와 직접 통신하기 위한 위치에 있음)
CPU에 의하여 현재 사용되는 정보가 저장됨

 

2. 보조기억장치(Secondly Memory) : HDD, I/O 장치 등..

주기억장치에 저장되는 것을 제외한 모든 정보가 저장 됨
필요에 따라 주기억 장치에 전송 됨
종류 : 자기드럼, 자기 디스크, 자기 테이프, 대용량 코어 메모리, 자기 버블, CCD(charge coupled device)

 

3. 레지스터(Register) : CPU와 램 사이에서 중간 저장소 역할

 

4. 캐쉬(Cache) : Static램

 

메모리를 계층구조로 나누는 목적
-입출력의 경제성 : 메모리의 저장 용량이 커짐에 따라 이진 정보를 저장하기 휘한 비트 당 비용은 감소
                           메모리 접근 시간은 길어짐
- 전체 메모리 시스템의 가격을 최소화하면서 가능한 한 최고의 평균 접근 속도를 달성하는 것

메모리들은 프로그램이 실행하는 동안 데이터의 입력 및 출력을 담당한다.
메모리들의 차이는 CPU 와의 거리에서 온다.
CPU와의 거리가 가까울수록 빠르고 용량이 작으며 멀수록 느리고 용량이 크다.(기술과 돈의 문제)
하드디스크에 있는 내용은 프로그램의 실행을 위해 메인 메모리로 이동한다.
메인 메모리에 있는 일부 데이터도 실행을 위해 L2 캐시로 이동한다.
L2 캐시에 있는 데이터 일부는 L1 캐시로 이동한다.
L1 캐시에 있는 데이터중 연산에 필요한 데이터는 레지스터로 이동한다.

반대로 연산에 필요한 데이터가 레지스터에 없으면 L1 캐시를 살펴본다. 없으면 L2캐시 없으면 메인 메모리,
그래도 없으면 하드디스크를 참조한다. 하드디스크에서 데이터를 찾은 후 다시 메인 메모리 L2 캐쉬 L1 캐시를 거쳐 
레지스터로 데이터가 들어오게 되는데 이경우 극심한 속도저하가 발생한다.
( 캐시를 없애 중간단계를 줄이는 것이 속도가 빠르지 않냐 생각할수 있는데
L1 캐시와 L2 캐시에, 연산에 필요한 데이터가 존재할 확률이 90% 이상이다.따라서 캐시는 속도향상에 도움을 준다)

캐시메모리
- 주기억 장치의 접근 시간과 프로세서 논리 회로와의 속도 차이를 줄이기 위하여 쓰임
- 프로세서 논리회로가 주기억 장치보다 속도가 빠름 : 처리속도에 제한을 받음
- 현재 시행되는 프로그램의 일부와 자주 쓰이는 임시 데이터를 저장
- 버퍼라고 부르기도 함

멀티 프로그래밍
1) CPU가 독립적인 여러 개의 프로그램을 동시에 수행할 수 있도록 설계
2) 두개 이상의 프로그램이 메모리 계층의 다른 층에 동시에 존재
3) 컴퓨터의 모든 부분을 최대한 활용 가능
-예
    CPU에서 수행중인 프로그램에서 I/O동작이 필요
    I/O프로세서를 통해 전송 동작이 수행되는 동안 다음 프로그램이 CPU에서 수행될 수 있음
4) 배치나 시분할 기법의 사용
5) 주기억 장치에 동시에 많은 프로그램 저장
6) 컴퓨터의 여러 부분이 순차적으로 여러 프로그램을 수행하도록 함
7) 필요 사항
    부분적인 프로그램의 수행
    주어진 하나의 프로그램에 의하여 사용 중인 메모리 양의 조절
    메모리 계층 구조간의 프로그램 전송
    메모리 관리 시스템

*메모리계층 구조가 가능한 이유?

명령어 실행의 지역화 덕분에 2G 프로그램을 1G메인메모리에서도 실행되기때문에 메모리계층구조 가능