RAM과 캐시 메모리는 컴퓨터의 주 메모리입니다. 그러나 캐시 란 무엇이며 RAM과 어떻게 다른지 여기에서 살펴 보겠습니다.
컴퓨터의 메모리 시스템에 대해 자세히 알아보기
RAM과 캐시를 비교하기 알아보기 전에 컴퓨터의 메모리 시스템은 어떤 형태로 설계되었는지 아는 것이 중요합니다. RAM과 캐시는 휘발성 메모리 저장 시스템입니다. 즉, 두 스토리지 시스템 모두 데이터를 임시로 저장하고 전원이 켜져 있을 때만 작동합니다. 따라서 컴퓨터를 종료하면 RAM과 캐시에 저장된 모든 데이터가 삭제됩니다.
따라서 모든 컴퓨팅 장치에는 주 메모리와 보조 메모리라는 두 가지 유형의 저장 시스템이 있습니다. 드라이브는 정전 시 데이터를 저장할 수 있는 파일을 저장하는 컴퓨터 시스템의 보조 저장소입니다. 반면에 기본 메모리 시스템은 전원이 켜지면 프로세서에 데이터를 제공합니다.
그런데 컴퓨터가 꺼져 있을 때 데이터를 저장할 수 없는 메모리 시스템이 있는 이유는 무엇입니까? 기본 스토리지 시스템은 정당한 이유로 컴퓨터의 본질입니다. 시스템의 주 메모리는 정전 시 데이터를 저장할 수 없지만 보조 스토리지 시스템보다 훨씬 빠릅니다. 숫자로 따지면 SSD와 같은 보조 스토리지 시스템의 액세스 시간은 50마이크로초입니다.
이에 비해 RAM과 같은 기본 저장 시스템은 17나노초마다 프로세서에 데이터를 제공할 수 있습니다. 따라서 기본 스토리지 시스템은 보조 스토리지 시스템보다 거의 3000배 더 빠릅니다. 이러한 속도 차이로 인해 컴퓨터 시스템에는 데이터를 매우 빠르게 프로세서로 전송할 수 있는 메모리 계층이 있습니다.
컴퓨터의 메모리 시스템을 통해 데이터가 이동하는 방식
1) 스토리지 드라이브(Secondary Storage): 이 장치는 데이터를 영구적으로 저장하지만 CPU만큼 빠르지는 않습니다. 이렇게 하면 프로세서가 보조 스토리지 시스템의 데이터에 직접 액세스할 수 없습니다.
2) RAM(Primary Memory): 이 스토리지 시스템은 보조 스토리지 시스템보다 빠르지만 데이터를 영구적으로 저장할 수는 없습니다. 따라서 시스템에서 파일을 열면 하드 드라이브에서 RAM으로 이동됩니다. 즉, RAM조차도 CPU에 비해 충분히 빠르지 않습니다.
3) 캐시(메인 메모리): 이 문제를 해결하기 위해 캐시라는 특정 유형의 메인 메모리가 프로세서에 내장되어 있습니다. 컴퓨터에서 가장 빠른 메모리 시스템입니다. 이 메모리 시스템은 L1, L2 및 L3 캐시의 세 부분으로 나뉩니다. 따라서 프로세서에서 처리해야 하는 모든 데이터는 하드 디스크에서 RAM으로 전송된 다음 캐시 메모리로 전송됩니다. 즉, CPU는 캐시 데이터에 직접 액세스할 수 없습니다.
4) CPU(코어 메모리) 레지스터: 컴퓨팅 장치의 CPU 레지스터는 크기가 작고 프로세서 아키텍처를 기반으로 합니다. 이 레지스터는 32비트 또는 64비트 데이터를 저장할 수 있습니다. 데이터가 이러한 레지스터를 통해 이동할 때 CPU는 데이터에 액세스하고 현재 작업을 수행할 수 있습니다.
RAM 및 작동 방식에 대해 자세히 알아보기
앞서 언급했듯이 장치의 RAM은 컴퓨터 프로그램의 데이터를 저장하고 프로세서로 전송하는 역할을 합니다. 이 데이터를 저장하기 위해 RAM은 동적 메모리 셀(DRAM)을 사용합니다. 이 셀은 커패시터와 트랜지스터를 사용하여 생성됩니다. 이 배열의 커패시터는 전하를 저장하는 데 사용되며 커패시터의 전하 상태를 기반으로 합니다. 메모리 셀은 1 또는 0을 저장할 수 있습니다. 커패시터가 완전히 충전되면 1을 저장합니다. 한편, 방전 중에는 0이 저장된다. RAM은 커패시터를 사용하여 전하를 저장하기 때문에 저장된 전하를 잃는 경향이 있습니다. 이로 인해 RAM에 저장된 데이터가 손실될 수 있습니다 이를 해결하기 위해 센스앰프를 이용하여 커패시터에 저장된 전하를 리프레쉬하여 RAM에 저장된 정보의 유실을 방지한다 RAM은 컴퓨터 전원이 켜져 있을 때 데이터를 저장할 수 있지만 새로 고칠 때 RAM은 데이터를 프로세서로 전송할 수 없으므로 시스템에 지연이 발생하여 속도가 느려집니다. 그 외에도 RAM은 마더보드에 연결되고 마더보드는 소켓을 통해 CPU에 연결됩니다. 따라서 RAM과 CPU 사이의 거리가 멀어 CPU로의 데이터 전송 시간이 늘어납니다.
위와 같은 이유로 RAM은 17나노초마다 CPU에 데이터를 제공합니다. 이 속도에서는 프로세서가 최적의 성능을 발휘할 수 없습니다. 이는 4GHz의 터보 주파수에서 실행될 때 최적의 성능을 제공하기 위해 프로세서가 1/4나노초마다 데이터를 공급받아야 하기 때문입니다. 이 문제를 해결하기 위해 RAM보다 훨씬 빠른 또 다른 임시 저장 시스템인 캐시가 있습니다.
캐시 메모리에 대해 자세히 알아보기
이제 RAM과 관련된 경고를 이해했으므로 캐시 메모리를 검토하고 RAM 관련 문제를 해결하는 방법을 알아볼 수 있습니다. 첫째, 캐시는 마더보드에 없습니다. 대신 CPU 자체에 배치됩니다. 이를 통해 데이터를 CPU에 더 가깝게 저장할 수 있으므로 더 빠르게 데이터에 액세스할 수 있습니다.
또한 캐시 메모리는 시스템에서 실행 중인 모든 프로그램에 대한 데이터를 저장하지 않습니다. 대신 프로세서에서 자주 요청하는 데이터만 보관하십시오. 이러한 차이로 인해 캐시는 데이터를 매우 빠르게 CPU로 보낼 수 있습니다.
즉, 캐시 메모리에도 결함이 있습니다. BC는 RAM보다 훨씬 큽니다. 정적 RAM 셀도 DRAM보다 훨씬 큽니다. 실제로 6개의 트랜지스터 세트가 정보를 저장하는 데 사용됩니다. 이는 DRAM 셀의 단일 커패시터 설계보다 훨씬 더 큽니다.
이 때문에 SRAM의 저장 밀도는 훨씬 낮고 저장 용량이 큰 단일 SRAM을 CPU 칩에 넣을 수 없습니다. 따라서 이 문제를 해결하기 위해 캐시 메모리는 CPU 내부와 외부에 각각 배치되는 L1, L2 및 L3 캐시의 세 가지 범주로 나뉩니다.
