캐시
캐시란?
캐시는 프로세서와 메인 메모리간의 처리 속도 차이를 보완하기 위한 고속의 메모리이다.
캐시는 캐시의 접근 시간에 비해 원래 데이터를 접근하는 시간이 오래 걸리는 경우나 값을 다시 계산하는 시간을 절약하고 싶은 경우에 사용한다.
캐시의 특징
- 캐시는 주기억장치에서 자주 사용하는 프로그램과 데이터를 저장해두기 때문에 주기억장치보다 크기가 작다
- 속도가 빠른 장치와 느린 장치간의 속도 차에 따른 병목현상을 줄이기 위한 범용 메모리이다
- 주기억장치와 CPU 사이에 위치한다
- 메모리 계층 구조에서 가장 빠른 소자이며, CPU의 속도와 비슷할 정도의 속도를 가지고 있다.
- 캐시를 사용하게 되면 주기억장치 접근 횟수가 줄어 컴퓨터의 처리속도가 향상된다.
지역성
지역성이란 기억장치 내의 정보를 균일하게 액세스 하는 것이 아닌 어느 한 순간에 특정 부분을 집중적으로 참조하는 특성 이다. (데이터 접근이 시간적, 혹은 공간적으로 가깝게 일어나는 것)
캐시가 효율적으로 동작하려면, 캐시에 저장할 데이터는 지역성을 가져야 한다.
시간적 지역성
특정 데이터가 한번 접근되었을 경우, 가까운 미래에 또 한번 데이터에 접근할 가능성이 높은 것을 시간적 지역성 이라고 한다.- 메모리 상의 같은 주소에 여러 차례 읽기 쓰기를 수행할 경우, 상대적으로 작은 크기의 캐시를 사용해도 효율성을 꾀할 수 있다.
for문, while문
공간적 지역성
특정 데이터와 가까운 주소가 순서대로 접근되었을 경우를 공간적 지역성이라고 한다.- 메모리 주소를 오름차순이나 내림차순으로 접근한다면, 캐시에 이미 저장된 같은 블록의 데이터에 접근하므로 캐시의 효율성이 크게 증가한다.
arr[0], arr[1]과 같은 데이터 배열
캐시의 매핑 (Mapping Process)
매핑이란 캐시 기억장치와 주기억장치 사이에서 정보를 옮기는 것으로 다음과 같은 3가지 방식이 있다.
직접 매핑 (Direct Mapping)
- 주기억장치의 블록들이 지정된 한 개의 캐시라인으로만 사상될 수 있는 매핑 방법
- 간단하고 구현 비용이 적다는 장점이 있지만, 적중률이 낮아질 수 있다는 단점이 있다.
어소시에이티브 매핑 (Associative Mapping)
- 직접 매핑 방식의 단점을 보완한 방식
- 모든 태그들을 병렬로 검사하기 때문에 복잡하고 비용이 높다는 단점이 있다
세트-어소시에이티브 매핑 (Set-Associative Mapping)
- 직접 매핑과 어소시에이티브 매핑의 장점만을 취한 방식
면접에 나올 수 있는 질문
Q. 캐시란?
A. 프로세서와 메인 메모리간의 처리 속도 차이를 보완하기 위한 고속의 메모리
Q. 시간적 지역성과 공간적 지역성의 차이
A. 시간적 지역성은 특정 데이터의 가까운 미래에 접근될 가능성이 높음을 의미하고, 공간적 지역성은 특정 데이터와 가까운 주소의 접근 가능성이 높음을 의미한다.
참고
기여자
Jongminfire
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