노년코딩

주기억장치의 종류에는 크게 RAM과 ROM 두가지가 있으며,
메모리라는 용어는 그중 RAM을 지칭하는 경우가 많음.

RAM의 특징

: 전원이 꺼지면 저장된 내용이 날아감.

- RAM은 휘발성 저장 장치, 보조기억장치는 비휘발성 저장 장치.

RAM의 종류

메모리의 주소 공간

(물리 주소 & 논리 주소)

CPU와 실행중인 프로그램은 현재 메모리 몇 번지에 무엇이 저장되어 있는지 알고 있을까?

NO.
메모리에 저장된 값들은 시시각각 변하기 때문.
- 새롭게 실행되는 프로그램은 새롭게 메모리에 적재
- 실행이 끝난 프로그램은 메모리에서 삭제
- 같은 프로그램을 실행하더라도 실행할 때마다 적재되는 주소는 달라짐.

이러한 점을 극복하기 위해 주소 체계를 물리주소와 논리 주소로 나눈다. 

메모리 보호 기법

1. 한계 레지스터 :

- 프로그램의 영역을 침범할 수 있는 명령어의 실행을 막음.

- 베이스 레지스터가 실행중인 프로그램의 가장 작은 물리 주소를 저장한다면, 한계 레지스터는 논리 주소의 최대 크기를 저장.

2. 주소범위 제한:

- 프로그램의 물리 주소 범위는 베이스 레지스터 값 이상에서부터 베이스 레지스터 값에 한계 레지스터 값을 더한 값 미만까지로 제한된다.

- 베이스 레지스터 값 <= 프로그램의 물리 주소 범위 < 베이스 레지스터 + 한계 레지스터 값 

>> CPU는 메모리에 접근하기 전, 접근하고자 하는 논리 주소가 한계 레지스터보다 작은지를 항상 검사한다.
만약 검사를 했는데 논리 주소가 한계레지스터가 크면 인터럽트(트랩)를 발생시킨다.
이런 메모리 보호 기법을 통해 실행중인 프로그램의 독립적인 실행 공간을 확보하고, 하나의 프로그램이 다른 프로그램을 침범하지 못하게 보호한다.

CPU가 메모리에 접근하는 시간은 CPU 연산 속도보다 느리다.  

저장 장치 계층 구조(memory hierarchy)
: CPU에 얼마나 가까운가를 기준으로 계층적으로 나타낼수 있음

1. CPU와 가까운 저장 장치는 빠르고, 멀리 있는 저장 장치는 느리다.

2. 속도가 빠른 저장 장치는 저장 용량이 작고, 가격이 비싸다. 

캐시 메모리

- CPU와 메모리 사이에 위치한, 레지스터보다 용량이 크고 메모리보다 빠른 SRAM기반의 저장장치

- CPU의 연산 속도와 메모리 접근 속도의 차이를 조금이나마 줄이기 위해 탄생.

- CPU가 매번 메모리에 왔다 갔다 하는 건 시간이 오래 걸리니, 메모리에서 CPU가 사용할 일부 데이터를 미리 캐시 메모리로 가지고 와서 쓰자.가 캐시메모리의 취지.

메모리에 접근  ==  물건을 사러가는 것이라 생각하면,
메모리 == 물건은 많지만 집(CPU)과는 멀리떨어져 있어 왕복이 오래 걸리는 대형 마트
캐시메모리 == 물건이 많지는 않아도 집(CPU)과 가까이 있는 편의점 이라 생각해보면 된다. 

캐시메모리는 하나가 아님. 계층적으로 구성할수 있음. CPU내부에 있을수도 외부에 있을 수도 있음.

계층적 캐시 메모리(L1 - L2 - L3 캐시) - 일반적으로 L1캐시와 L2캐시는 코어 내부에, L3캐시는 코어 외부에 있다.

L3캐시의 용량은 메모리보다 작지만, L1과 L2캐시보단 크다. 

참조 지역성의 원리
: CPU가 미래에 원하는 데이터를 예측하여 속도가 빠른 장치인 캐시 메모리에 담아 놓는데 이때의 예측률을 높이기 위하여 사용하는 원리 >> CPU가 사용할 법한 데이터를 예측하는 방법.

- 캐시 메모리는 메모리보다 용량이 작다. 당연하게도 메모리의 모든 내용을 저장할 수 없다.

따라서, CPU가 자주 사용할 법한 내용을 예측하여 저장함.

참조 지역성의 원리란, CPU가 메모리에 접근할 때의 주된 경향을 바탕으로 만들어진 원리.

CPU의 주된 경향 2가지
- CPU는 최근에 접근 했던 메모리 공간에 다시 접근하려는 경향(시간 지역성)이 있다.
- CPU는 접근한 메모리 공간 근처를 접근하려는 경향(공간 지역성)이 있다.