05. 기억장치 (2) [계층적 기억장치시스템]

계층적 기억장치 시스템 :

- 속도, 가격 및 크기가 다양한 기억장치들을 계층적으로 설치함으로써 성능대 가격비 (performance/cost ratio)를 높이는 시스템 구성 방식

 

5.2.1 계층화의 필요성 및 효과

- 필요성 : 기억장치들은 속도, 용량 및 가격 측면에서 매우 댜양

  > 적절한 성능(속도), 용량 및 가격의 기억장치 구성 필요

- 효과 : 기억장치시스템의 성능 대 가격비 (performance/cost ratio) 향상

 

기억장치 특성

- 엑세스 속도가 높아질수록, 비트당 가격은 높아진다.

- 용량이 커질수록, 비트당 가격은 낮아진다.

- 용량이 커질수록, 엑세스 시간은 길어진다.

 

계층적 기억장치시스템은 기본 구성 개념

- 첫 번째 계층 기억장치 : 속도가 빠르지만 가격은 높은 기억장치 사용

- 두 번째 계층 기억장치 : 속도는 느리지만 가격이 낮은 기억장치 사용

 

2-단계 계층적 기억장치 ( 1단계 : 고속, 소용량 / 2단계 : 저속, 대용량)

[원리]

원하는 데이터가 첫 번째 계층 기억장치에 있다면 즉시 엑세스하고, 만약 없다면, 두 번째 계층의 기억장치를 엑세스

데이터가 첫 번째 계층의 기억장치에 있는 비율에 따른 평균 엑세스 시간

지역성의 원리 (principle of locality)

- 프로그램이 처리되는 과정에서 기억장치 엑세스들이 특정 영역에 집중되는 현상

- 짧은 시간을 기준으로 보면, 프로세서가 기억장치의 한정된 몇 위치들을 집중적으로 엑세스하면서 작업을 수행

- 프로그램이 실행되는 동안, 지역성의 원리에 의해 첫 번째 계층의 기억장치에 대한 엑세스 횟수가 두 번째 계층의 기억장치에 대한 엑세스보다 훨씬 더 많음

  > 평균 기억장치 엑세스 시간 단축

 

5.2.2 기억장치 계층

상위 층으로 갈수록 : 비트당 가격이 높아지고, 용량은 감소하며, 엑세스 시간이 짧아지고, CPU에 의한 엑세스 빈도 상승

하위 층으로 갈수록 : 비트당 가격이 떨어지고, 용량은 커지며, 지역성의 원리로 인하여 엑세스 빈도가 더 낮아짐

캐시 메모리 (cache memory) :

주 기억장치의 엑세스 속도가 CPU에 비하여 현저히 느림

> 주 기억장치로부터 데이터를 읽어오는 동안에 CPU가 오랫동안 기다림 (성능 저하)

> 이런 성능 저하를 줄이기 위하여 CPU와 주 기억장치 사이에 고속의 반도체 기억장치(캐시 메모리)를 설치

 

내부 기억장치 (internal memory) : CPU가 직접 엑세스 할 수 있는 기억장치들 EX) CPU레지스터, 캐시 메모리, 주기억장치

외부 기억장치 (external memory) : CPU가 직접 엑세스 할 수 없고, 장치 제어기 (device controller)를 통해서만 엑세스 할 수 있는 기억장치들 EX) 디스크, SSD, CD-ROM