251110 언리얼엔진 본캠프 63일차 물리메모리들의 계층구조

물리메모리

물리 메모리(Physical Memory)는 컴퓨터에 실제로 설치된 메모리 칩을 의미한다. 흔히들 RAM이라고 부르는 컴퓨터 부품이 대표적인 예시가 되는데 물리 메모리는 컴퓨터가 현재 실행 중인 프로그램과 그 프로그램이 사용하는 데이터를 임시로 저장하는 공간이다. CPU가 지금 당장 필요한 데이터에 빠르게 접근할 수 있도록 데이터에 RAM에 임시 저장해 두는 것이다.

 

여기서 중요한 것은 임시로 저장된다는 것이다. 대부분의 물리 메모리는 전원이 꺼지면 저장된 내용이 모두 사라지는 휘발성 메모리며 이것이 SSD나 HDD와 같은 보조기억장치와 구별되는 특징이다. 물리 메모리는 보조기억장치와 비교하여 속도가 매우 빠르며 그 대신 전원이 꺼지면 데이터가 날아가고 보조기억장치는 속도는 물리 메모리에 비해 느리지만 전원이 꺼지더라도 데이터는 ㅇ나전 하게 보관된다.

 

이러한 메모리는 성능, 비용, 용량이라는 세가지의 요소를 효율적으로 조절하여 시스템 전체의 성능을 높이기 위해서 계층 구조(Memory Hierarchy)를 만들어 두었다. CPU에 가까울수록 속도가 매우 빠르고 비트다 비용이 싸며 용량이 작으며 CPU에서 멀수록 속도가 느리고 비트다 비용이 저렴하며 용량이 크다. 이러한 구조는 CPU가 자주 사용하는 데이터를 속도가 빠른 상위 계층 메모리에 미리 가져다 놓음으로써 느린 하위 계층 메모리에 접근하는 횟수를 최소화하여 성능을 향상하는 것에 목적을 두고 있다.

메모리 계층구조의 시각화

 

레지스터(Registers)

레지스터는 CPU칩 내부에 존재하며 CPU에서 가장 가까울 수록 높은 계층에 위치하는 계층 구조상 가장 빠르고 비용이 싸며 용량이 작은 메모리 되시겠다. CPU가 지금 당장 연산에 사용해야 할 데이터를 임시로 저장하는 공간으로서 용량은 앞서 말했듯 매우 작지만 CPU의 처리 속도와 거의 동일하게 동작한다.

 

캐시 메모리(Cashe Memory)

캐시메모리는 CPU 칩 내부에 존재하거나 매우 가까운곳에 존재하는데 CPU와 주기억장치(RAM)의 엄청난 속도 차이를 보완하기 위한 고속 메모리다. CPU가 자주 사용할 것으로 예상되는 데이터를 RAM에서 미리 가져와서 저장하며 일반적으로 속도가 빠른 

SRAM(Static RAM)을 사용한다. 캐시 메모리는 레벨별로 구분하는데 L1(Level 1) 캐시는 CPU 코어 내부에 존재하며 캐시 중 가장 빠르고 용량이 작다. L2 캐시는 L1보다 조금 크고 느리며, 보통 코어별로 독립적인 공간을 갖게 된다. L3 캐시는 L2보다 크고 느리며 여러 CPU 코어가 공유하는 공간이다.

 

주기억장치(Main Memory - RAM)

메인보드에 위치하며 운영체제, 실행 중인 프로그램, 해당 프로그램이 사용하는 데이터가 적재되는 실제 작업 공간이다. 캐시보다 훨씬 크지만 속도는 훨씬 느리다. 주로 DRAM(Dynamic RAM)을 사용하며, 전원이 꺼지면 데이터가 사라지는 휘발성 메모리이다.

 

보조기억장치(Secondary Storage)

메인보드에서 케이블로 연결되며 데이터를 영구적으로 보관하는 장소로서 전원이 꺼지더라도 데이터가 유지되며 RAM보다 용량은 훨씬 크지만 그만큼 속도는 가장 느리다는 특징이 있다.

 

 

아니 그러면 모든 메모리를 레지스터로 만들면 되는거 아님? 할 수 있겠지만 속도가 빠를수록 비용은 어마무시하게 비싸지게 된다. 만약 속도를 위시해서 모든 메모리르 레지스터로 만든다면 그 비용을 감당하기 어려워질 것이며 반대로 모든 메모리를 보조기억장치처럼 비용이 싸게 만들고 용량을 크게 만든다면 CPU의 데이터 처리를 기다리느라 지치게 될 것이다. 이를 보완하기 위해 적당한 속도와 비용별로 계층을 만들어 적재적소에 메모리들을 활용하는 것이 합리적인 설계 방식이다.