메모리 계층구조, 캐시 메모리vs가상 메모리

캐시메모리

CPU와 주기억장치의 속도차이로 인한 CPU 대기시간을 최소화하기 위해 설치한 CPU와 주기억장치 사이의 SRAM 기반 고속 기억장치

 

캐시메모리의 특징

주기억장치보다 Access 속도가 빠르다. 래치 기반의 SRAM이므로 (트랜지스터6개) 제한된 공간으로 가격이 높고 용량이 작다.

 

캐시 히트/캐시 미스

CPU가 원하는 Data가 캐시에 있거나 없는 상태를 말함. 없을 시 주기억장치에서 읽어옴

적중률(Hit Ratio): 캐시 적중 횟수 / 전체 기억장치 Access 횟수

 

메모리 계층 구조 구성도

휘발성 / CPU 레지스터(CPU내부, 플립플롭) -> 캐시 메모리(SRAM) -> 주기억장치(DRAM, SDRAM, DDR4)

비휘발성 / -> 디스크 캐시(SSD) -> 디스크(HDD) -> CD/DVD ROM -> 자기테이프

단계가 올라갈 수록 고속, 소용량, 고가이다.

 

캐시 메모리와 가상 메모리 간 비교

항목	캐시 메모리	가상 메모리
위치	CPU와 주기억 장치 사이	주기억장치와 디스크 사이
목적	느린 주기억장치의 속도차이 극복 (CPU가 넘 빠름)	주기억장치의 용량 한계 극복
구현	물리적 구현(H/W)	논리적 구현(OS가 운영)
속도	빠름	느림
교체 단위	Block(주기억장치 관점) Line(line, 캐시 관점)	페이지, 세그먼트
교체 후보	동일한 Set내에서 결정	전체 페이지 중에서 결정
특징	캐시 미스 발생 시 성능 저하 병렬처리에서의 일관성 문제 개선 필요	MMU(TLB포함)의 도움받음 스래싱으로 인한 성능 저하

 

RAM/ROM 발전과정 및 특징

항목	용어	용도 및 특징
SRAM	Static RAM	캐시 메모리로 사용, 속도 빠름, 6TR
DRAM	Dynamic RAM	주기억장치, 1TR+1Capacitor
SDRAM	Synchronous DRAM	주기억장치, 시스템 클락에 동기화 수행되는 DRAM
DDR 2/3/4/5 SDRAM	Double Data Rate SDRAM	Data 전송 속도를 X배로 높임, Dobule Pumping 동작 수행
LPDDR	Low Power DDR	저전력, Green IT 대응
Mask ROM	Masking Read-Only Memory	Factory에서 Masking해서 릴리즈
PROM	Programmable ROM	한번만 프로그래밍 가능
EPROM	Erasable PROM	자외선으로 Erase, CMOS, Embedded에 사용
NOR Flash ROM	NOR 형	Bit단위 Random Access 가능 PC BIOS에 사용, 고가
NAND Flash ROM	NAND 형	Page단위 Sequential Access가능 SSD, Embedded에 사용, 상대적 저가
차세대 ROM	RAM+ROM 합친느낌	MRAM, PRAM 등
EEPROM	Electrically Erasable PROM	전기적 Erase가능