[컴퓨터구조] 캐시 메모리 및 저장 장치 계층 구조 관련 용어 정리

캐시 메모리 및 저장 장치 계층 구조 관련 용어 정리

1. 캐시 메모리 (Cache Memory)

• CPU와 주기억장치(RAM) 사이에 위치한 고속의 임시 저장 장치
• CPU의 처리 속도와 주기억장치의 접근 속도 차이를 줄여 시스템 성능 향상
• 자주 사용되는 데이터나 명령어를 저장하여 CPU가 빠르게 접근 가능
• L1, L2 캐시
  • L1, L2 캐시는 CPU 코어 내부의 일부로 간주
  • L1 캐시는 명령어 캐시(L1I)와 데이터 캐시(L1D)로 분리된 경우도 있으며, L2 캐시는 통합된 형태
• L3 캐시
  • CPU 코어 외부에 위치하며, 여러 코어가 공유하는 형태로 구성
  • L3 캐시는 코어 내부의 L1, L2 캐시보다 접근 속도는 느리지만 용량이 큼
  • 최신 CPU의 경우 L3 캐시도 CPU코어와 같이 패키지 안에 포함되어있는 경우가 많음

2. 저장 장치 계층 구조 (Memory Hierarchy)

• CPU와 가까운 순서대로 레지스터, 캐시 메모리, 주기억장치, 보조 기억장치(HDD, SSD 등)로 구성
• CPU에 가까울수록 접근 속도는 빠르지만 저장 용량은 작고, 멀수록 접근 속도는 느리지만 저장 용량은 큼
• 각 계층은 속도와 용량의 균형을 맞추어 시스템 성능 최적화

[출처] https://ko.wikipedia.org/wiki/메모리_계층_구조

3. 캐시 히트 (Cache Hit)

• CPU가 필요한 데이터를 캐시 메모리에서 찾아 사용하는 경우
• 캐시 히트 발생 시 CPU는 빠른 속도로 데이터에 접근 가능

4. 캐시 미스 (Cache Miss)

• CPU가 필요한 데이터를 캐시 메모리에서 찾지 못하고 주기억장치에서 가져오는 경우
• 캐시 미스 발생 시 CPU는 상대적으로 느린 속도로 데이터에 접근해야 함

5. 캐시 적중률 (Cache Hit Ratio)

• 전체 데이터 접근 횟수 중 캐시 히트 발생 횟수의 비율
• 캐시 적중률이 높을수록 시스템 성능 향상

6. 참조 지역성의 원리 (Principle of Locality)

• CPU가 메모리에 접근할 때 특정 영역을 집중적으로 접근하는 경향
• 시간 지역성(Temporal Locality)과 공간 지역성(Spatial Locality)으로 구분

7. 시간 지역성 (Temporal Locality)

• 최근에 접근한 데이터나 명령어에 다시 접근할 가능성이 높은 경향
• 반복문, 함수 호출 등에서 자주 발생

8. 공간 지역성 (Spatial Locality)

• 최근에 접근한 데이터 주변의 데이터나 명령어에 접근할 가능성이 높은 경향
• 배열 순회, 순차적인 명령어 실행 등에서 자주 발생