📚 Chapter06 메모리와 캐시 메모리

💾 6-1. RAM의 특징과 종류

• RAM의 특징

<aside> 💡 💾 RAM은 실행할 프로그램의 명령어와 데이터가 저장되며, 전원을 끄면 저장된 것이 모두 날아가는 휘발성 저장장치이다.

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• 비휘발성 저장장치

<aside> 🔌 💾 전원이 꺼져도 날아가지 않는 저장장치. 하드디스크, SSD, USB메모리 등의 보조기억장치가 있다.

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<aside> ⚠️ ⚠️ CPU는 보조기억장치에 직접 접근하지 못해 실행하고 싶은 프로그램이 보조기억장치에 있다면 RAM으로 복사하여 저장한 뒤 실행한다.

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• RAM의 용량과 성능

<aside> 📉 📉 RAM용량이 적다면 보조기억장치에서 실행할 프로그램을 가져오는 일이 잦아 실행 시간이 길어진다.

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<aside> ⚠️ ⚠️ RAM 용량이 커져도 프로그램 실행 속도가 비례하여 증가하지는 않는다.

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• RAM의 종류
  1. DRAM : Dynamic RAM의 준말. 시간이 지나면 저장된 데이터가 점차 사라지는 RAM
     • 데이터의 소멸을 막기 위해 일정 주기로 데이터를 재활성화(다시 저장)해야 한다
     • 소비전력이 비교적 낮고, 저렴하고 집적도가 높아 대용량으로 설계하기가 용이
  2. SRAM : Static RAM의 준말. 저장된 데이터가 변하지 않는 RAM
     • 주기적으로 데이터를 재활성화할 필요가 없어 DRAM보다 일반적으로 속도가 더 빠다
     • DRAM보다 집적도가 낮고, 소비 전력도 크며, 가격도 비싸다
     • 대용량으로 만들 필요는 없지만 속도가 빨라야 하는 저장장치, 대표적으로 캐시 메모리에 사용된다
  3. SDRAM : Synchronous Dynamic RAM의 준말. 클럭 신호와 동기화된, 발전된 형태의 DRAM
     • 클럭 타이밍에 맞춰 CPU와 정보를 주고 받을 수 있음
  4. DDR SDRAM : Double Data Rate SDRAM의 준말. 최근 가장 흔히 사용되는 RAM
     • 대역폭을 넓혀 속도를 빠르게 만든 SDRAM
     • 대역폭은 데이터를 주고받는 길의 너비를 의미한다
     • SDRAM에 비해 대역폭이 두 배 빠다
     • 한 클럭당 하나씩 데이터를 주고 받을 수 있는 SDRAM을 SDR SDRAM이라 부른다
     • DDR2 SDRAM은 DDR SDRAM보다 2배 빠다
     • DDR3는 DDR2 보다 2배 빠다

📍 6-2. 메모리의 주소 공간

• 물리 주소와 논리 주소

<aside> 💡 메모리에 저장된 정보는 시시각각 변하며, 이를 CPU는 알지 못합니다. 주소에는 물리주소와 논리 주소가 있습니다.

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• 물리 주소와 논리 주소의 차이
  • 물리 주소: 정보가 실제로 저장된 하드웨어상의 주소
  • 논리 주소: 실행 중인 프로그램 각각에게 부여된 0번지부터 시작되는 주소
  • 실행 중인 프로그램들은 본인의 논리 주소만 알고 있으면 되고 실제적인 물리 주소는 몰라도 됨
  • CPU와 메모리가 상호작용을 하기 위해서는 논리주소를 물리 주소로 변환해야 함
• MMU(메모리 관리 장치)
  • CPU와 주소 버스 사이에 위치한 하드웨어
  • 논리주소를 물리 주소로 변환하는 역할
  • CPU가 발생시킨 논리 주소에 베이스 레지스터 값을 더하여 물리주소로 변환
  • 베이스 레지스터: 프로그램의 첫 물리 주소
  • 논리 주소: 프로그램의 시작점으로부터 떨어진 거리
• 메모리 보호 기법
  • 다른 프로그램의 영역을 침범할 수 있는 명령어는 위험하기 때문에 방지 필요
  • 논리 주소 범위를 벗어나는 명령어 실행을 방지
  • 실행 중인 프로그램이 다른 프로그램에 영향을 받지 않도록 보호
  • 한계 레지스터: 논리 주소의 최대 크기를 저장
  • CPU가 초과된 논리 주소에 접근하는 것을 인터럽트를 발생시켜 실행을 중단