메모리계층 - CPU 캐시, RAM, 하드디스크

CPU = 침대에 앉아있는 나
캐시 =침대 옆 작은 협탁 (L1 L2 L3)
램 = 책상위에 놓는 물건을 놈
하드디스크(hdd ssd) =창고안에 물건을 보관


피라미드 구조

캐시는 CPU랑 너무 가까워서 CPU안에 들어있다고 표현하기도 한다.

https://dakuo.tistory.com/126

메모리들은 프로그램이 실행되는 동안 데이터의 입력 및 출력을 담당한다.

메모리들의 차이는 CPU와의 거리에서 온다.

CPU와의 거리가 가까울수록 빠르고 용량이 작으며, 멀수록 느리고 용량이 크다 (기술과 돈의 문제))

하드디스크에 있는 내용은 프로그램의 실행을 위해 메인 메모리로 이동한다.

메인메모리에 있는 일부 데이터도 실행을 위해 L2 캐시로 이동한다.

L2 캐시에 있는 데이터 일부는 L1 캐시로 이동한다.

L1 캐시에 있는 데이터 중 연산에 필요한 데이터는 레지스터로 이동한다.

반대로 연산에 필요한 데이터가 레지스터에 없으면 L1캐시를 살펴본다.

L1 캐시에도 없으면 L2 캐시, L2 캐시에도 없으면 메인메모리를 살펴본다.

그래도 없으면 하드디스크를 참조한다. 이렇게 하드디스크에서 데이터를 찾은 후 다시 메인메모리 L2캐쉬 L1캐쉬를 거쳐 레지스터로 데이터가 들어오게 되는데, 이 경우 극심한 속도저하가 발생한다.

기억장치

https://makasti.tistory.com/12

컴퓨터가 나중에 데이터를 검색할 수 있도록 비트와 바이트의 형태로 기억장치에 데이터를 저장(보관) -> 컴퓨터가 데이터를 검색해서 계산을 수행

하지만 기억장치는 종류마다 서로 다른 속도를 내고 내부에 저장할 수 있는 양에 차이가 있어, 서로 다른 장단점을 가지고 있다.

CPU, 캐시, RAM, 하드디스크

1.  CPU

한번에 32 또는 64bit의 블록 단위로 굉장히 적은 양의 데이터를 조작하고 계산

대신 이러한 비트들을 굉장히 빠른 속도로 처리할 수 있다.

-  레지스터: CPU안에 내장되어 있어서 연산을 위한 저장소 제공

2. L1, L2, L3 캐시

캐시: CPU와 램사이에서 중간 저장소 역할

RAM보다 더 빠르게 정보를 읽고 쓰는 더 작은 단위의 기억장치들도 있지만, 결과적으로 용량이 더 작다.

바로 L1, L2, L3 캐시가 그것인데, L1 캐시가 이 셋 중에서 가장 작고 빠르며, 중앙처리장치가 재빨리 받아 처리할 수 있도록 몇 킬로바이트의 데이터만을 저장한다.

L2 캐시는 L1 캐시보다 조금 크지만, 그만큼 더 느리다. L3 캐시는 보통 몇 메가바이트를 저장할 수 있어 셋 중 가장 크지만 가장 느리다. 그래도 L3 캐시는 RAM보다는 빠르다.

3. RAM

= 메인 메모리

CPU와 하드디스크 중간에 있는 임의 접근 기억장치

RAM은 하드디스크보다 훨씬 빠르게 데이터를 읽고 쓸 수 있어서, 실행중인 프로그램이나 열려있는 파일들이 더 빨리 접근될 수 있도록 메모리를 저장하는 데에 쓰인다.

4. 하드디스크

이와 정 반대로 하드디스크는 CPU보다 훨씬 많은 양의 데이터를 저장할 수 있다.

근래의 하드디스크는 기기바이트나 테라바이트 단위의 데이터를 저장할 수 있다.

하드디스크는 엄청나게 많은 양의 데이터를 기억장치에 저장할 수는 있지만, 데이터를 읽고 쓰는 데에 많은 시간이 소요된다.

속도가 빠른 기억장치는 용량이 작은 경향이 있다.

그리고 속도가 빠른 기억장치는 각 용량 단위의 가격이 더 비싸다. 예를 들면, RAM의 1GB 가격이 하드디스크 1GB 가격보다 비싸다.

우리가 컴퓨터에서 여러 프로그램을 실행하기 위해서는 운영체제와 프로그램이 동시에 실행시켜야 하는데 이 때 RAM을 사용한다.

너무 많은 공간의 RAM이 사용되면, 근래의 운영체제는 가상 기억장치라는 것을 써서 일시적으로 데이터를 RAM에서 하드디스크로 옮기고, 사용자가 필요로 할 때 다시 정보를 불러온다.