캐시 메모리

 

캐시메모리

- 캐시 메모리는 CPU와 주 메모리(메인 메모리) 사이에 위치한 고속 메모리

- CPU가 빈번하게 액세스하는 데이터 및 명령어를 저장하는 역할을 함.

- 주 메모리에 비해 속도가 빠르고, CPU의 성능 향상과 전체 시스템 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을 함.

작동 원리

1. 지역성: 캐시 메모리는 지역성 원리를 기반으로 동작.
   - 공간적 지역성: 한 번 액세스된 메모리 주소의 근처 주소들이 더 자주 액세스되는 경향이 있음.
   - 시간적 지역성: 한 번 액세스된 메모리 주소가 가까운 미래에 다시 액세스될 가능성이 높음.
2. 캐시 라인: 캐시는 메모리를 블록 단위로 저장. 이 블록을 캐시 라인이라고 함. (한 번에 전송되는 데이터의 크기 결정)
   - 캐시 라인의 크기가 클수록 공간 지역성을 더 잘 활용할 수 있지만, 캐시 크기에 따라 적절한 크기를 선택해야함.
3. 캐시 매핑 방식: 캐시 메모리에 주소를 매핑하는 방식
   - 직접 매핑: 메모리 주소를 고정된 캐시 위치에 직접 매핑하는 방식. 쉽고 빠르지만 충돌 가능성이 있음.
   - 연관 매핑: 메모리 주소를 캐시의 모든 위치에 저장 가능. 충돌 없지만 검색 시간이 오래 걸릴 수 있음.
   - 세트 연관 매핑: 직접 매핑과 연관 매핑의 장점을 결합한 방식. 캐시를 여러 개의 세트로 나누고, 각 세트에는 여러 개의 블록을 저장할 수 있음.

캐시 동작 과정

1. CPU가 데이터나 명령을 요청하면, 캐시 메모리에서 해당 데이터 또는 명령어가 있는지 확인.
2. 캐시 메모리에 데이터 또는 명령어가 존재하면, 이를 캐시 히트(Cache Hit)라고 하고 CPU로 바로 전달.
3. 캐시 메모리에 데이터 또는 명령어가 없으면, 이를 캐시 미스(Cache Miss)라고 하고 주 메모리에서 데이터를 가져와 캐시에 저장한 후 CPU로 전달.

캐시 성능 평가

- 캐시의 성능은 캐시 히트 비율, 캐시 미스 비율, 캐시 접근 시간 등을 통해 평가됨.

- 캐시 히트 비율이 높고 캐시 미스 비율이 낮을수록 좋은 성능을 가진 캐시로 평가됨.