[일본 기본정보기술자 자격증] 2-5 캐쉬메모리

캐쉬메모리 (キャッシュメモリ)

: CPU의 레지스터, 주기억 장치, 보조기억장 치는 모두 기억 장치이지만, 읽고 쓰는 속도에 큰 차이가 있어서, 속도가 빠른 쪽이 기다리는 경우가 생기고 효율이 나빠진다.

캐쉬메모리는 다양한 장치간의 속도 차를 메우기 위해 설치된 완충 기억 장치의 총칭으로, 효율을 더 높여준다.

 

1. 캐쉬메모리의 구조
   - 캐쉬메모리는 CPU와 주 기억 장치간의 완충 기억장치이다. 데이터를 찾을 때 캐쉬를 먼저 탐색하고, 캐쉬에 해당 데이터가 없는 경우에 주기억 장치를 탐색하기 때문에 효율성을 높여준다. (그래서 주기억 장치 전역을 액세스하는 프로그램의 경우 오히려 효율이 낮아진다.)
   - 일반적으로 CPU의 모듈 내에 설치되어 있는데, 여러 개일 경우에는, CPU에 가까운 쪽 부터 1차 캐쉬, 2차, 3차로 불린다. 
   - 주기억 장치와 보조기억 장치 사이의 캐쉬 메모리를 디스크 캐쉬라고 부르며, 이것은 디스크 내에 설치되어 있다.
   
   
   
2. 캐쉬메모리에 저장된 데이터의 입력 방법
   : 캐쉬 메모리에 기록되어있는 정보는 최종적으로는 주기억 장치에 다시 저장해야한다.
   • 라이트 스루(ライトスルー, write-through)
     : CPU가 입력 명령을 수행할 때, 캐쉬메모리와 주기억장치에 둘다 데이터를 입력하는 방식.
       매번 비교적 속도가 느린 주기억 장치에도 입력하기 때문에 캐쉬 메모리의 효과는 데이터를 읽을때만 생긴다.
   • 라이트 백(ライトバック, write-back)
     : 캐쉬 메모리에만 데이터를 입력하고, 실제 주기억장치에는 나중에 쓰는 방식.
       데이터를 입력할 때도 캐쉬의 효과가 있어서 일반적으로 라이트 스루 방식보다 액세스 시간가 단축된다.
       멀티 프로세서의 경우 캐쉬 관리는 오히려 복잡해질 수 있다.
       주기억장치에 입력 빈도(頻度)는 줄어든다.
     
     
     
3. 캐쉬의 히트율
   호출한 데이터가 캐쉬메모리에 저장되어 있을 확률을 말한다.
   히트율이 100%에 가까울 수록, 실질 액세스 시간이 캐쉬 액세스 시간에 가깝다.
   
   CPU의 실효 액세스 시간 = 히트율 x 캐쉬 메모리의 액세스 시간 + (1-히트율) x 주기억장치 액세스 시간
   
   연습문제
   주기억 장치의 액세스 시간이 60나노초, 캐쉬 메모리 액세스 시간이 10나노초인 시스템이 있다.
   캐쉬메모리를 통해 주기억 장치에 액세스 하는 경우, 실효 액세스 시간이 15나노초일 경우, 캐쉬 메모리의 히트율을 구하여라.
   정답 : 0.9