[컴퓨터 구조] 메모리 계층 구조

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메모리 관련 3가지 주요 특성인 용량, 접근, 속도, 비용 간의 절충관계를 파악해 필요에 따라 채택할 수 있게 나타낸 구조 / 레지스터, 캐시 : CPU 내부에 존재하고 CPU 빠르게 접근 가능 / 메모리 : CPU 외부에 존재하고 CPU 느리게 접근 / 하드 디스크 : CPU 직접 접근 불가하고 데이터를 메모리로 이동시켜 접근 가능하지만 아주 느림 

메모리 계층 구조(Memory Hierachy)

메모리를 필요에 따라 여러 가지 종류로 나누어 둠을 의미한다. 이때 필요한 대부분의 경우 CPU가 메모리에 더 빨리 접근하기 위함이다. 메모리 계층 구조를 바탕으로 컴퓨터의 설계에 있어 상황에 맞게 여러 장치를 각각의 역할이나 특징을 기반으로 사용할 수 있도록 하여 최적의 효율을 낼 수 있도록 한다.

보통 싼 메모리일 수록 용량이 크지만 느리고, 비싼 메모리는 용량이 작지만 빠르다. 그래서 성능이 좋고 비싼 메모리는 CPU 바로 옆에 작게 만들고, 느리고 용량이 큰 메모리는 먼 곳에 둔다. 이러한 원칙으로 만든 구조이다.

 

[그림1] (출처 : 위키백과)

 

일반적으로 그림1과 같이 나타낸다. 레지스터와 캐시는 CPU 내부에 존재한다. 당연히 CPU는 아주 빠르게 접근할 수 있다. 메모리는 CPU 외부에 존재한다. 레지스터와 캐시보다 더 느리게 접근 할 수 밖에 없다. 하드 디스크는 CPU가 직접 접근할 방법조차 없다. CPU가 하드 디스크에 접근하기 위해서는 하드 디스크의 데이터를 메모리로 이동시키고, 메모리에서 접근해야 한다. 아주 느린 접근 밖에 불가능하다.

 

• 레지스터 : CPU 내부의 작은 메모리로, 휘발성이고 속도가 가장 빠르며 기억 용량이 가장 적다.
• 캐시 : 휘발성이고, 속도가 빠르지만 기억 용량이 적다.
• 메모리(주 기억 장치) : RAM을 가리키고 휘발성이며 속도와 기억 용량은 보통이다.
• 디스크(보조 기억 장치) : 비휘발성이고 속도는 낮으며 기억 용량이 많다.

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메모리 계층 구조의 필요성

• 참조의 지역성
• 디코딩 속도
• 경제성
• 성능을 위해 속도와 용량의 상호보완을 위해 고안한 방법
• 프로세서가 필요로 하는 데이터를 최대한 가까운 곳에 위치시켜서 속도를 향상시킴

 

 

출처 및 참고 : 위키백과, 나무위키