메모리 계층

• 컴퓨터의 메모리를 속도, 용량, 비용 등의 측면에서 여러 단계로 분류한 것을 의미한다.

• 크게 레지스터, 캐시 메모리, 메인 메모리(주기억장치), **보조 메모리(보조기억장치)**로 구성된다.

  • 레지스터
    • CPU 내부에 위치해 있다.
    • 레지스터의 용량은 매우 제한적이지만, 그만큼 데이터에 대한 엑세스 속도가 빠르다.
  • 캐시 메모리
    • 레지스터와 메인 메모리 사이에 위치해 있으며, 높은 속도를 가지고 있다.
    • 자주 사용되는 데이터나 명령을 임시로 저장하는 역할을 한다.
    • L1, L2, L3 등 여러 레벨로 구성되어있다.
    • 레벨은 메모리의 크기와 속도, 그리고 CPU와의 거리를 나타낸다. (L1은 가장 빠르고 가까워서 용량이 작으며, L3는 가장 느리고 멀지만 용량이 크다.)
  • 메인 메모리 (주기억장치)
    • 일반적으로 RAM으로 알려져 있으며, 컴퓨터가 직접 접근할 수 있는 유일한 메모리이다.
    • 컴퓨터가 실행 중인 프로그램을 저장한다.
    • 컴퓨터가 켜져 있는 동안 프로그램에 필요한 데이터와 명령어를 저장한다.
    • 컴퓨터가 꺼지면 모든 데이터를 잃어버리는 휘발성 메모리이다.
  • 보조 메모리 (보조기억장치)
    • 하드 디스크, SSD 등이 이에 해당하며, 큰 용량을 가지고 있지만 접근 속도가 느리다.
    • 컴퓨터가 꺼져도 데이터가 지워지지 않는 특성을 가지고 있다.

• 메모리 계층의 필요성

  • 속도를 높이면 용량이 부족해지고, 용량을 높이면 속도가 느려지는 단점이 발생
  • 따라서 성능을 위해 속도와 용량의 상호보완을 위해 고안한 방법
  • 자주 쓰이는 데이터는 반복해서 쓰인다는 것을 참조 지역성이라고 한다. 즉 자주 쓰는 데이터는 계속 자주 쓰이고, 자주 쓰이지 않는 데이터는 계속 자주 쓰이지 않는다는 것이다. 따라서 자주 쓰일 것 같은 데이터는 메모리에 캐시로 읽어와, 메모리까지 가지 않고 한동안 캐시에서 해결이 가능하므로 시간을 단축시킬 수 있다. 자주 쓰이는 데이터는 전체 데이터 양에 비해 작은 양이기 때문에 캐시는 메모리보다 더 작아도 된다. 즉, 메모리 계층 구조의 아이디어는 프로세서가 필요로 하는 데이터를 최대한 가까운 곳에 위칫켜 속도를 향상시키는 것이다.

캐시

• 데이터를 미리 복사해 놓는 임시 저장소
• 빠른 장치와 느린 장치에서 속도 차이에 따른 병목 현상을 줄이기 위한 메모리
• 속도 차이를 해결하기 위해 계층과 계층 사이에 있는 계층을 캐싱 계층이라고 한다.