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[혼자 공부하는 운영체제] 저장장치

인생개발 이정환 2024. 9. 3. 21:55

메모리 보호 기법

  • 한계 레지스터 (Limit Register): 메모리 보호를 위한 중요한 장치로, 프로세스가 접근할 수 있는 메모리의 상한 한계를 설정합니다. CPU는 한계 레지스터에 저장된 값을 사용하여 메모리 접근 범위를 검토하고, 이를 초과하는 접근은 막습니다. 이 방법은 메모리의 보안을 강화하고, 프로세스가 자신에게 할당된 메모리 영역을 초과하여 다른 프로세스나 시스템의 메모리를 침범하지 않도록 합니다.

저장 장치 계층 구조

  • 저장 장치 계층 구조: 컴퓨터 시스템에서 데이터를 저장하는 장치들은 속도, 용량, 가격에 따라 여러 계층으로 나눠집니다. 일반적으로 다음과 같은 계층 구조를 따릅니다:
    1. 레지스터:
      • 속도: 매우 빠름
      • 용량: 매우 작음
      • 가격: 비쌈
      • 설명: CPU 내부에 위치하며, CPU가 직접 접근할 수 있는 가장 빠른 저장 장치입니다. 연산 중 필요한 데이터를 즉시 사용할 수 있도록 합니다.
    2. 캐시 메모리:
      • 속도: 빠름 (L1, L2, L3 레벨에 따라 다름)
      • 용량: 작음 (레벨에 따라 다름)
      • 가격: 비쌈
      • 설명: CPU와 메인 메모리(RAM) 사이에 위치하며, 자주 참조되는 데이터를 저장하여 CPU의 성능을 향상시킵니다.
        • L1 캐시: CPU에 가장 가까운 캐시로, 가장 빠르고 용량이 가장 작음.
        • L2 캐시: L1 캐시보다 느리지만 더 큰 용량을 제공.
        • L3 캐시: L2 캐시보다 느리지만, 여러 CPU 코어 간에 공유되며 더 큰 용량을 제공.
    3. 메인 메모리 (RAM):
      • 속도: 상대적으로 느림
      • 용량: 중간
      • 가격: 상대적으로 저렴
      • 설명: CPU가 직접 접근할 수 있는 메모리로, 프로그램과 데이터가 실행 중에 저장됩니다.
    4. 보조 기억 장치 (예: HDD, SSD):
      • 속도: 느림
      • 용량: 큼
      • 가격: 저렴
      • 설명: 대용량 데이터를 저장하는 장치로, 장기적인 데이터 보관에 사용됩니다.

캐시 메모리

  • 캐시 메모리는 CPU와 메인 메모리 간의 속도 차이를 극복하기 위해 사용되는 고속 메모리입니다. 캐시 메모리는 CPU가 자주 사용하는 데이터를 미리 저장하여 빠르게 접근할 수 있도록 합니다.
  • 참조 지역성 원리 (Principle of Locality):
    • 시간적 지역성 (Temporal Locality): 최근에 접근한 데이터나 명령어가 다시 접근될 가능성이 높다는 원리입니다.
    • 공간적 지역성 (Spatial Locality): 현재 접근한 데이터 근처의 데이터가 접근될 가능성이 높다는 원리입니다.
  • 캐시 히트 (Cache Hit):
    • 설명: CPU가 메모리에서 필요한 데이터를 요청할 때, 해당 데이터가 캐시 메모리에 이미 존재하는 경우를 말합니다. 캐시 히트가 발생하면 데이터 접근 시간이 대폭 단축됩니다.
  • 캐시 미스 (Cache Miss):
    • 설명: CPU가 요청한 데이터가 캐시 메모리에 존재하지 않는 경우를 말합니다. 이 경우, CPU는 메인 메모리에서 데이터를 가져와야 하며, 이로 인해 데이터 접근 시간이 길어집니다.
  • 캐시 적중률 (Cache Hit Rate):
    • 설명: 전체 데이터 접근 요청 중 캐시에서 성공적으로 데이터를 찾은 비율을 의미합니다. 높은 캐시 적중률은 캐시 메모리의 효율성을 나타냅니다.
    • 계산: 캐시 적중률 = (캐시 히트 횟수 / 전체 접근 횟수) * 100%