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zennith/Memory Hierarchy

์ด์ „๊นŒ์ง€์˜ ์ค‘์—ฐ ๋ถ€์—ฐ ํšก์„ค ์ˆ˜์„ค ํ•˜๋Š” ๋ชจ์Šต์„ ๋ฒ—๊ณ , ๋น„๊ต์  ๊ฐ„๋‹จํ•˜๊ณ  ์•Œ๊ธฐ ์‰ฝ๊ฒŒ ์„ค๋ช…ํ•˜๊ฒ ์Šต๋‹ˆ๋‹ค.

Concept of Locality

1. ๋Œ€์ „์ œ
์ƒ์œ„ ๊ณ„์ธต๊ณผ ํ•˜์œ„ ๊ณ„์ธต์‚ฌ์ด์—๋Š” ๋ณ‘๋ชฉํ˜„์ƒ์ด ์กด์žฌํ•œ๋‹ค.

2. Temporal Locality
ํ•˜์œ„ ๊ณ„์ธต์—์„œ ๊ฐ€์ ธ์˜จ ๋ฐ์ดํ„ฐ๋Š”, ๋‹ค์Œ๋ฒˆ์— ๋‹ค์‹œ ์“ฐ์ผ ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค. ๊ทธ๋Ÿฌ๋ฏ€๋กœ, ๋‹ค์‹œ ์‚ฌ์šฉํ• ๋•Œ๋Š” ํ•˜์œ„ ๊ณ„์ธต์—์„œ ๋‹ค์‹œ ๊ฐ€์ ธ์˜ฌ ํ•„์š” ์—†์ด, ์ €๋ฒˆ์— ๊ฐ€์ ธ์˜จ ๋ฐ์ดํ„ฐ๋ฅผ ์‚ฌ์šฉํ•˜๋ฉด ๋œ๋‹ค.
(e.g. ๋ฃจํ”„.)

3. Spartial Locality
์ˆœ์ฐจ์ ์œผ๋กœ ๊ตฌ์„ฑ๋œ ๋ฐ์ดํ„ฐ์˜ ํ๋ฆ„์ด ํ•„์š”ํ•œ ๊ฒฝ์šฐ๊ฐ€ ์žˆ๋‹ค. ๊ทธ๋Ÿฌ๋ฏ€๋กœ, ํ•œ๋ฒˆ ํ•˜์œ„ ๊ณ„์ธต์—์„œ ๋ฐ์ดํ„ฐ๋ฅผ ๊ฐ€์ ธ์˜ฌ ๋•Œ, ์—ฐ์†๋œ ๋ฐ์ดํ„ฐ์˜ unit ์„ ๊ฐ€์ ธ์˜ฌ ๊ฒฝ์šฐ, ์ˆœ์ฐจ์ ์ธ ๋‹ค์Œ๋ฒˆ์— ์œ„์น˜ํ•œ ๋ฐ์ดํ„ฐ๊ฐ€ ์š”๊ตฌ๋ ๋•Œ ํ•˜์œ„ ๊ณ„์ธต์— ๋‹ค์‹œ ์ ‘๊ทผํ•˜์ง€ ์•Š์•„๋„ ๋œ๋‹ค.
(e.g. ์ˆœ์ฐจ์  ๋ฐฐ์—ด์˜ ์ ‘๊ทผ)

Memory Hierarchy

ํšจ์œจ์„ฑ์— ๋”ฐ๋ผ ๋ฉ”๋ชจ๋ฆฌ๋Š” ๊ณ„์ธต๊ตฌ์กฐ๋กœ ์ด๋ฃจ์–ด์ง€๋ฉฐ, ์ƒ์œ„๊ณ„์ธต์ผ์ˆ˜๋ก ๋น ๋ฅธ ์†๋„๋ฅผ ๋ณด์žฅํ•˜๋ฉฐ, ํ•˜์œ„๊ณ„์ธต์ผ์ˆ˜๋ก ์ €๋ ดํ•œ ๊ฐ€๊ฒฉ์„ ๋ณด์žฅํ•œ๋‹ค.


๋ฉ”๋ชจ๋ฆฌ ๊ณ„์ธต์˜ ๊ธฐ๋ณธ ๊ตฌ์กฐ.
  • ๋ฉ”๋ชจ๋ฆฌ ๊ณ„์ธต ๊ตฌ์กฐ์—๋Š” ์—ฌ๋Ÿฌ ๋‹ค๋ฅธ ๋ ˆ๋ฒจ์˜ ๋ฉ”๋ชจ๋ฆฌ๊ฐ€ ์žˆ๋‹ค.
  • ์ตœ์ƒ์œ„ ๋ ˆ๋ฒจ์˜ ๋ฉ”๋ชจ๋ฆฌ ๊ณ„์ธต์€ โ€ฆ ์„(๋ฅผ) ๊ฐ€์ง„๋‹ค.
    • ๊ฐ€์žฅ ๋†’์€ ์„ฑ๋Šฅ
    • ๊ฐ€์žฅ ๋†’์€ ๊ฐ€๊ฒฉ
    • ๊ฐ€์žฅ ์ ์€ ์šฉ๋Ÿ‰
  • ๊ณ„์ธต์„ ๋‚ด๋ ค์˜ฌ๋•Œ๋งˆ๋‹ค, ๊ฐ ๋ ˆ๋ฒจ์€
    • ์„ฑ๋Šฅ์ด ์ค„์–ด๋“ค๊ณ 
    • ๊ฐ€๊ฒฉ์ด ๋‚ฎ์•„์ง€๊ณ 
    • ์šฉ๋Ÿ‰์ด ๋Š˜์–ด๋‚œ๋‹ค
  • ์‹คํ–‰์ค‘์—, ๋†’์€ ๋ ˆ๋ฒจ์˜ ๊ณ„์ธต์œผ๋กœ ์˜ฎ๊ฒจ์ง€๋Š” ๋ฐ์ดํ„ฐ ๊ฐ’๋“ค์€, ๋นˆ๋ฒˆํžˆ ๋‚ฎ์€ ๋ ˆ๋ฒจ์˜ ๋ฉ”๋ชจ๋ฆฌ ๊ณ„์ธต์œผ๋กœ ๋ฐ˜์˜(shadow) ๋œ๋‹ค.
  • ์‹คํ–‰์ค‘์— ์š”๊ตฌ๋˜๋Š” ๋ชจ๋“  ๋ฐ์ดํ„ฐ ๊ฐ’๋“ค์ด ๋™์‹œ์— ๊ฐ€์žฅ CPU ์— ๊ทผ์ ‘ํ•œ ๊ณ„์ธต์— ์กด์žฌํ•  ์ˆ˜ ์žˆ๋Š” ๊ฒƒ์€ ์•„๋‹ˆ๋‹ค.

Register

๋ ˆ์ง€์Šคํ„ฐ๋Š” ๋ฉ”๋ชจ๋ฆฌ ๊ณ„์ธต๊ตฌ์กฐ์—์„œ ๊ฐ€์žฅ ์ƒ์œ„ ๊ณ„์ธต์œผ๋กœ์„œ, ๊ฐ€์žฅ ๋น ๋ฅธ ์†๋„์™€, ๊ฐ€์žฅ ์ ์€ capacity ๋ฅผ ์ œ๊ณตํ•œ๋‹ค. ๋ณดํ†ต ๊ฐœ๊ฐœ์˜ ๋ ˆ์ง€์Šคํ„ฐ๋Š” ๊ทธ ํ”„๋กœ์„ธ์„œ์˜ word ํฌ๊ธฐ์ด๋ฉฐ, ํ˜„์žฌ ์ฃผ๋กœ ์‚ฌ์šฉ๋˜๊ณ  ์žˆ๋Š” ์ธํ…” i386 ๊ณ„์—ด ํ”„๋กœ์„ธ์„œ๋“ค์˜ ๋ฒ”์šฉ ๋ ˆ์ง€์Šคํ„ฐ์˜ ํฌ๊ธฐ๋Š” 32bit ์ด๋‹ค.

์š”์ฆˆ์Œ์˜ RISC ๊ตฌ์กฐ ํ”„๋กœ์„ธ์„œ์—์„œ๋Š”, ๋ชจ๋“  ์—ฐ์‚ฐ์˜ ์—ฐ์‚ฐ์ž๋“ค๋กœ ๋ ˆ์ง€์Šคํ„ฐ๋งŒ ํ—ˆ์šฉํ•˜๋ฏ€๋กœ, ์ด ์ œํ•œ๋œ ์ˆซ์ž์˜ ๋ ˆ์ง€์Šคํ„ฐ๋“ค์„ ์–ด๋–ป๊ฒŒ ๊ด€๋ฆฌํ•˜๋Š๋ƒ๊ฐ€ ์„ฑ๋Šฅ ํ–ฅ์ƒ์˜ ์ฃผ์•ˆ์ ์ด๋‹ค. ๊ฐ€๋ น, ๋นˆ๋ฒˆํ•˜๊ฒŒ ์š”๊ตฌ๋˜๋Š” ๋ณ€์ˆ˜๋Š” ๊ณ„์† ๊ฐ€์ง€๊ณ  ์žˆ๋Š”๋‹ค๋˜์ง€, ์•„๋‹ˆ๋ฉด ํ•œ๋™์•ˆ ์“ฐ์ž„์ด ์—†๋Š” ๋ณ€์ˆ˜๋ฅผ ๋ ˆ์ง€์Šคํ„ฐ์—์„œ ๋ฒ„๋ฆฐ๋‹ค๋˜์ง€ ํ•˜๋Š” ์ผ์ด๋‹ค. ๋ฌผ๋ก , ์ด ์ผ(optimal register allocation)์€ ์ปดํŒŒ์ผ๋Ÿฌ์—์„œ ๋‹ด๋‹นํ•œ๋‹ค.

Chache

์บ์‰ฌ์˜ ๋ชฉ์  : ์–ด๋–ป๊ฒŒ ํ•˜๋ฉด ์ตœ๋Œ€ํ•œ ๋ฉ”๋ชจ๋ฆฌ ์ฐธ์กฐ๋ฅผ ์ ๊ฒŒํ•˜๊ณ  ๋ ˆ์ง€์Šคํ„ฐ๋กœ ์˜ฎ๊ธธ ์ˆ˜ ์žˆ์„๊นŒ.

Main Memory (Virtual Memory System)

๊ฐ€์ƒ ๋ฉ”๋ชจ๋ฆฌ์˜ ๋ชฉ์  : ๊ทธ๋ž˜.. ๋ฉ”์ธ๋ฉ”๋ชจ๋ฆฌ๊นŒ์ง€๋Š” ์ฐธ์„ ์ˆ˜ ์žˆ์–ด. ์ฐธ์„ ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค๊ณ .. ๊ทธ๋Ÿฐ๋ฐ, ์ตœ๋Œ€ํ•œ ๋””์Šคํฌ๊นŒ์ง€ ๊ฐ€๋Š”์ผ๋งŒ์€ ํ”ผํ•ด๋ณด์ž.

Secondary Storage

๋ณด์กฐ ์ €์žฅ๊ณต๊ฐ„์˜ ๋ชฉ์  : ๋งŽ์ด.. ๋ฌด๊ฒฐํ•˜๊ฒŒ.. ๋ค์œผ๋กœ ๋น ๋ฅด๋ฉด ์ข‹๊ณ ..


๊ทธ๋ ‡๋‹ค๋ฉด ํ† ๋ก ํ•ด ๋ด…์‹œ๋‹ค.

  • ์ด ํŽ˜์ด์ง€๋Š” ์—ฌ๋Ÿฌ๋ถ„๋“ค์˜ ๊ฒƒ์ž…๋‹ˆ๋‹ค.

Q: Spartial Locality์˜ ์˜๋ฏธ๋Š” ํ•˜์œ„๊ณ„์ธต์— ์ด์™• ํ•œ๋ฒˆ ์ ‘๊ทผํ•˜๋Š”๊ฑฐ ๊ทธ๋•Œ ์œ ๋‹›๋‹จ์œ„๋กœ ๋ฌถ์–ด์„œ ์—ฌ๋Ÿฌ๊ฐœ ๊ฐ€์ ธ์™€์„œ ๋‚˜์ค‘์— ํ•„์š”ํ• ๋•Œ ์“ด๋‹ค๋Š” ๋ง์ธ๊ฐ€์—ฌ? ๊ทธ๋ ‡๋‹ค๋ฉด ๊ทธ๋ ‡๊ฒŒ ์œ ๋‹› ๋‹จ์œ„๋กœ ๋ฌถ๋Š” ๊ธฐ์ค€์€ ๋ญ์—์—ฌ? - ์ƒํ˜‘

A: ๊ฐ๊ฐ์˜ ๊ณ„์ธต๋งˆ๋‹ค ๋‹ค๋ฆ…๋‹ˆ๋‹ค. ์บ์‰ฌ์—์„œ ์“ฐ์ด๋Š” unit ๊ณผ ๊ฐ€์ƒ๋ฉ”๋ชจ๋ฆฌ์—์„œ ์“ฐ์ด๋Š” page ์˜ ํฌ๊ธฐ ์ฐจ์ด๋Š” ํฝ๋‹ˆ๋‹ค. ๋‹ค๋งŒ, spartial locality ๋ฅผ ์œ„ํ•ด์„œ ์‚ฌ์šฉ๋œ๋‹ค๋Š” ์ ์€ ๊ฐ™๊ฒ ์ฃ .. ์ข€๋” ์ƒ์„ธํ•œ ์„ค๋ช…์„ ์›ํ•˜์‹ ๋‹ค๋ฉด.. ์ œ๊ฒŒ ๊ฐœ์ธ์ ์œผ๋กœ ๋ฌผ์–ด๋ณด์‹œ๊ฑฐ๋‚˜, ์•„๋‹ˆ๋ฉด ๊ณต๋ถ€ ํ•˜์‹œ๊ธธ -zennith
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