[컴퓨터 구조] 캐시 메모리(Cache Memory)

캐시 메모리

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• 속도가 빠른 장치와 느린 장치에서 속도 차이에 따른 병목 현상을 줄이기 위한 메모리입니다.
• CPU가 주기억장치에서 저장된 데이터를 읽어올 때, 자주 사용하는 데이터를 캐시 메모리에 저장한 뒤, 다음에 이용할 때 주기억장치가 아닌 캐시 메모리에서 먼저 가져오면서 속도를 향상시킵니다.
• 속도라는 장점을 얻지만, 용량이 적고 비용이 비쌉니다.
• CPU에는 캐시 메모리가 2~3개 정도 사용됩니다.

 

* 듀얼 코어 프로세서의 캐시 메모리

→ 각 코어마다 독립된 L1 캐시 메모리를 가지고, 두 코어가 공유하는 L2 캐시 메모리가 내장된다.

• L1 : CPU 내부에 존재
• L2 : CPU와 RAM 사이에 존재
• L3 : 보통 메인보드에 존재한다고 함

 

* 디스크 캐시 : 주기억장치(RAM)와 보조기억장치(하드디스크) 사이에 존재하는 캐시

 

 

캐시 메모리 작동 원리

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1. 시간 지역성(temporal locality) : 어떤 데이터가 참조되면 곧바로 다시 참조될 가능성이 높음

2. 공간 지역성(spatial locality) : 데이터가 참조되면 주위의 데이터가 참조될 가능성이 높음

 

* 캐시에 데이터를 저장할 때는, 참조 지역성(공간)을 최대한 활용하기 위해 해당 데이터뿐만 아니라, 옆 주소의 데이터도 같이 가져와 미래에 쓰일 것을 대비해야 한다.

 

 

캐시 미스 경우 3가지

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1. Cold miss

   • 해당 메모리 주소를 처음 불러서 나는 미스

2. Conflict miss

   • 캐시 메모리에 A와 B 데이터를 저장해야 하는데, A와 B가 같은 캐시 메모리 주소에 할당되어 있어서 나는 미스(주소 할당 문제)

3. Capacity miss

• 캐시 메모리의 공간이 부족해서 나는 미스(공간 문제)

 

 

캐시 구조

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1. Direct Mapped Cache

   • 메모리 주소에 기반을 두고 할당하는 것
   • 블록이 어느곳에나 위치할 수 있으므로 검색 시 모든 엔트리를 검색해야 한다.
   • 간단하고 빠르지만, Conflict Miss가 발생한다.

    

2. Fully Associative Cache

• 비어있는 캐시 메모리가 있으면 마음대로 주소를 저장하는 방식
• 인덱스 값을 이용해 필요한 주소를 가지고 있는 집합을 선정하고, 선정된 집합 내 모든 블록의 태그를 비교한다.
• 저장할 때는 간단하지만 조건이나 규칙이 없어 모든 블록을 찾아 원하는 데이터가 있는지 검색해야 한다.

 

 

 

 

참조

gyoogle.dev/blog/

parksb.github.io/article/29.html

https://sonofgodcom.wordpress.com/2017/11/25/컴퓨터-구조-공부-메모리계층-1-2/

https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/direct-mapped-cache

https://en.wikipedia.org/wiki/Cache_hierarchy

http://itwiki.kr/w/캐시_메모리

https://aidanbae.github.io/code/devops/computer/cpucache/

https://zion830.tistory.com/46

https://parksb.github.io/article/29.html

https://inst.eecs.berkeley.edu/~cs61c/fa17/lec/15/L15

https://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=jhnyang&logNo=221502922011&categoryNo=29&parentCategoryNo=0&viewDate=¤tPage=1&postListTopCurrentPage=1&from=postView