메모리 종류 및 프로그램 동작원리

메모리란?

 PC를 구성하는 핵심 부품 중 하나로 기억장치라고 한다. 이는 CPU(중앙처리장치)와 매우 관련이 깊다. CPU가 처리해야할 데이터를 읽거나, 처리한 결과를 저장하는 것이 메모리의 역할이기 때문이다. 메모리의 종류는 여러가지이고, CPU와 가까울수록 메모리의 동작 속도가 빠르다. 순서는 다음과 같다.

레지스터-캐시메모리-주기억장치(RAM)-보조기억장치(HDD)

일반적으로 동작속도가 빠를수록 용량이 작다.

레지스터

 메모리 중 동작 속도가 가장 빠르고 CPU 내부에 위치한다. CPU가 가장 빠른 속도로 접근 가능한 메모리이다. RAM에서 레지스터로 데이터를 읽어 데이터를 처리한 후 결과를 다시 RAM에 저장한다.(정확하게는 SRAM을 이용한다.)

캐시 메모리(Cache Memory, SRAM)

 레지스터 다음으로 동작 속도가 빠르고 CPU 내부에 위치한다. CPU의 쿨럭 속도가 매우 빨라짐에 비하여 DRAM의 속도가 현저히 떨어지기 때문에, CPU와 DRAM 사이의 SRAM을 두어 CPU가 DRAM에 접근하는 것보다 빠르게 접근할 수 있도록 한다. 캐시 메모리에는 CPU가 주기억장치에 접근할 가능성이 높은 데이터가 주로 저장되어 있기 때문에 시스템 성능을 훨씬 향상시킬 수 있는 것이다.

RAM(Random Access Memory, DRAM)

 주기억장치인 RAM은 전원이 끊어지면 기록된 정보도 사라지는 휘발성 메모리(Volatile Memory, VM)이다. Random Access는 즉시 접근이 가능한 임의 접근(읽기, 쓰기) 의미한다. 즉 데이터가 저장된 위치에 따른 속도 차이가 없다. RAM은 이러한 Random Access가 가능하며, 순서 접근(읽기, 쓰기) 방식의 하드디스크보다 속도가 빠르다. 

보조기억장치(HDD, SSD)

 메모리 중 가장 용량이 크다. 일반적으로 프로그램을 실행할 때 보조기억장치의 데이터를 RAM에 적재한 후 CPU는 RAM을 접근하여 처리한다. CPU가 직접 접근할 경우는 일반적이지 않으나, 시스템 콜을 이용하여 보조기억장치의 내용 일부를 메모리에 적재한 뒤 CPU가 읽어야 한다. 기계장치로 데이터에 접근하려면 순차적 접근 방식을 사용하므로 속도가 매우 느리다. 데이터가 저장되어 있는 위치에 따라 속도가 달라지기 때문이다.

프로그램 동작 원리

 보조기억장치에 있는 프로그램을 실행할 때, 이 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 주기억장치에 적재한다. CPU는 주기억장치에 있는 데이터를 접근하여 연산을 하게 되는데, CPU가 주기억장치에 접근할 가능성이 높은 데이터 위주로 캐시 메모리에 적재하여 보다 더 빠른 데이터 접근이 가능하게 된다.