메모리 계층구조

폰 노이만은 CPU, 메모리, 프로그램을 핵심 구성요소로 삼는 폰 노이만 구조를 발표했다.

이론상 튜링-완전한 구조이고, 컴퓨터에서 작업을 하고 다른 작업을 시킬 때 프로그램만 교체하면 된다는 장점으로 인해 대부분의 컴퓨터는 이 구조를 따르고 있지만, CPU와 메모리 간의 데이터 전송 속도 차이로 인해 병목 현상이 발생한다는 문제가 발생하게 되었다.

이러한 병목 현상을 해결하기 위해 탄생한 것이 바로 메모리 계층 구조이다.

 

메모리 계층 구조

메모리 계층 구조는 컴퓨터 시스템에서 데이터 접근 속도와 저장 용량의 균형을 맞추기 위해 설계된 구조이다.

이 구조는 필요에 따라 여러 종류의 메모리를 계층적으로 배치하여 효율적인 데이터 관리를 가능하게 하는데, 레지스터 - 캐시 - 메모리 - 스토리지의 4단계로 구성하는 경우가 일반적이다.

 

 

레지스터

CPU가 요청을 처리하는 데 필요한 데이터를 일시적으로 저장하는 기억장치로, CPU는 자체적으로 데이터를 저장할 수 없기 때문에 메모리로 직접 데이터 전송이 불가능하다는 점으로 인해 CPU가 직접 접근 가능한 데이터와 명령어를 저장한다.

매우 제한된 용량이지만 처리 속도가 가장 빠르다.

 

캐시

속도가 빠른 장치와 느린 장치 사이에서 속도차에 따른 병목 현상을 완화하기 위한 범용 메모리로, 데이터나 값을 미리 복사해 놓는 임시 장소이다. 주로 시스템의 효율성을 위해 사용하며, 자주 사용되는 데이터와 명령어를 저장하여 CPU의 빠른 접근을 지원한다.

 

메모리

우리가 흔히 램(RAM)이라고 부르는 주 기억장치로, 컴퓨터에서 수치·명령·자료 등을 기억하는 컴퓨터 하드웨어 장치이다.

RAM이라는 이름은 Random Access Memory의 앞글자를 따왔으며, 어느 위치에든 똑같은 속도로 접근하여 읽고 쓸 수 있다는 의미를 갖고 있다. 보통 램이 많으면 한번에 많은 양의 일을 할 수 있기에 메모리를 물건을 올려둘 수 있는 책상으로 비유하곤 한다.

 

컴퓨터가 빠른 액세스를 하기 위해 데이터를 단기간 저장하는 구성 요소로, 프로그램이나 문서를 요청하면 스토리지 디스크에서 메모리로 로드하여 각각의 정보에 접근한다.

전원이 유지되는 동안은 CPU의 연산 및 동작에 필요한 모든 내용이 저장되지만, 전원 종료시 기억된 내용이 삭제된다.

 

스토리지

스토리지는 SSD와 하드디스크(HDD)로 나뉜다.

 

SSD(Solid State Drive)는 기계적 구동부위가 없는 반도체를 사용한 스토리지를 의미한다. 기계적인 부품이 없기 때문에 빠른 데이터 접근 속도와 낮은 대기 시간을 제공하지만, 하드 디스크에 비해 매우 비싸다는 특징이 있다.

 

하드 디스크(Hard Disk Drive)는 플래터라고 불리는 회전하는 디스크에 데이터를 저장하고, 이 디스크 위에서 헤드가 움직여서 데이터를 읽거나 쓰는 방식으로 사용한다. SSD보다 상대적으로 더 느리고, 소음과 진동이 발생하지만, 같은 용량 대비 훨씬 저렴하다는 압도적인 장점으로 인해 지금도 서버를 운영하는데 필수적으로 사용된다.