Memory (기억 장치)

종류

  • RAM은 읽기와 쓰기가 가능한 휘발성 메모리로, 전원이 꺼지면 데이터가 사라짐

  • 컴퓨터의 메인 메모리로, CPU가 처리할 데이터를 저장하는 데 사용

  • ROM은 읽기 전용 메모리로, 데이터 수정이 불가능하고 전원이 꺼져도 데이터가 유지됨

  • 컴퓨터의 부팅 과정에서 필요한 기본 프로그램이나 BIOS와 같은 시스템 레벨의 지시사항을 영구히 저장하는 데 사용

주소 공간

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  • 논리 주소는 각 프로그램에 부여된 0번지부터 시작하는 주소이며, 물리 주소는 실제 하드웨어 상의 메모리 주소

  • 베이스 레지스터와 한계 레지스터는 프로그램의 메모리 접근 범위를 제어하고 보호함

  • MMU(메모리 관리 장치)는 논리 주소를 물리 주소로 변환하는 역할을 담당

캐시 메모리

  • CPU가 연산을 빨리한다 해도 메모리에 접근하는 시간이 느리면 CPU의 빠른 연산 속도는 아무런 쓸모가 없음

  • 이러한 상황 빠른 접근속도로 해결해주는 것이 캐시 메모리임

  • 캐시 메모리는 CPU와 메모리 사이에 위치하여 데이터 접근 속도를 향상시킴

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  • 컴퓨터가 사용하는 저장장치들은 ‘CPU에 얼마나 가까운가’를 기준으로 계층적으로 나타낼 수 있음
    (CPU에 가까운 저장장치일수록 용량은 작지만 빠른 저장장치)

  • 위의 표는 이러한 정보를 담은 저장장치 계층 구조 표임

가상 메모리(Virtul Memory)

  • 가상 메모리는 컴퓨터 시스템에서 물리적 메모리의 한계를 극복하고 메모리 사용의 효율성을 높이기 위한 혁신적인 메모리 관리 기법을 뜻함

  • 가상 메모리는 물리적 메모리(RAM)보다 큰 메모리 공간을 사용할 수 있게 함

  • 가상 메모리는 프로세스 격리, 메모리 보호, 멀티태스킹 등 다양한 장점을 제공

  • 성능 저하와 복잡한 관리라는 단점도 가지고 있음

작동 원리

  • CPU는 가상 주소를 사용하며, MMU가 이를 물리 주소로 변환하는 주소 변환 과정을 수행

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  • 페이지 테이블과 MMU를 활용하여 가상 주소를 물리 주소로 변환

  • 메모리는 페이지(Page) 단위로 나뉘며, 페이지 테이블이 가상 주소와 물리 주소의 매핑 정보를 저장

  • TLB(Translation Lookaside Buffer)는 페이지 변환 정보를 빠르게 접근하기 위한 캐시 메모리를 뜻함

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  • 페이지 부재(Page Fault) 발생 시 운영체제는 하드디스크의 스왑 공간에서 필요한 페이지를 메모리로 로드함

  • 대표적인 페이지 교체 알고리즘으로는 FIFO, LRU, LFU 등이 있음