캐시 메모리 간단요약

 "혼자 공부하는 컴퓨터구조와 운영체제" 책을 정독 후 정리한 지식들을 남겨놓고자 글을 쓴다.

 

아래는 북링크이다.

[한빛미디어] 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제 (hanbit.co.kr)

[한빛미디어] 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제

캐시 메모리

• 속도가 빠른 장치와 속도가 느린 장치에서 속도 차이에 따른 병목 현상을 줄이기 위한 메모리
  • CPU 코어와 메모리 사이의 병목 현상 완화
  • 웹 브라우저 캐시 파일은 하드디스크와 웹 페이지 사이의 병목 현상을 완화
• CPU가 주기억장치에 저장된 데이터를 읽어올 때, 자주 사용하는 데이터를 캐시 메모리에 저장한 뒤, 다음에 cache를 이용해 가져와 속도를 빠르게 한다.
• 듀얼 코어 프로세서의 캐시 메모리 : 각 코어마다 독립된 L1 cache 메모리를 가지고, 두 코어가 공유하는 L2 cache 메모리가 내장된다.
  • 만약 L1 cache가 128kb 라면, 64 / 64 kb씩 나눈다. 하나에는 명령어를 처리하기 직전의 명령어를 임시 저장하고, 나머지 하나에는 실행 후 명령어를 임시 저장한다.
  • L1 : CPU 내부에 존재
  • L2 : CPU와 RAM 사이에 존재
  • L3 : 메인보드에 존재
  • 디스크 캐시 : 주기억장치와 보조기억장치 사이에 존재하는 캐시
• cache에 CPU가 요청한 데이터가 있으면 hit, DRAM에서 가져오면 miss이다.
• 캐시 miss에는 3가지 유형이 있다.
  • Cold miss : 해당 메모리 주소를 처음 불러서 나는 미스
  • Conflict miss : 캐시 메모리에 A, B를 저장해야 하는데, A와 B가 같은 캐시 메모리 주소에 할당되어 있어서 나는 미스
  • Capacity miss : 캐시 메모리의 공간이 부족해서 나는 미스 (Conflict는 주소 문제, Capacity는 공간 문제)
    •  이걸 해결하자고 캐시 크기를 키우면, 캐시 접근속도가 느려지고 파워를 많이 먹게 된다...!

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캐시 메모리의 논리적 기본 단위

• 캐시 메모리의 물리적 구성은 수많은 SRAM 셀들이 2차원과 3차원으로 배열된 모습이다.
• 캐시 태그
  • 태그 비트 : 캐시 블록의 고유식별값이다. 실질적인 데이터는 없고, 그 데이터를 식별하기 위해 담겨져 있다.
  • 유효 비트 : 해당 캐시 블록에 올바른 데이터가 있는지 판별해주는 플래그 비트이다.
  • 실질적인 데이터는 아니기 때문에 일종의 오버헤드로 취급되기도 한다.
• Direct Mapped Cache
  • 인덱스 필드, 태그 필드, 데이터 필드 존재
• Fully Associative Cache
  • 완전 연관 사상 방식
  • 비어있는 캐시 메모리가 있으면 그냥 마음대로 주소를 저장하는 방식
  • 찾을 때가 문제이다... 
    • 일일이 캐시 메모리에서 찾아야 한다.
    • L1 Cache의 TLB가 이걸 사용한다.
• Set Associative Cache
  • 위에 2개를 섞은 방식, 그나마 제일 낫다.
  • 특정 행을 지정해서 그 행 안의 어떤 열이든 비어있으면 저장하는 방식이다.