컴퓨터 구조 - RAM, 메모리 주소 공간, 캐시 메모리 완전 정리

날짜: 2025년 7월 31일

1. RAM이란?

RAM (Random Access Memory)는 실행 중인 프로그램의 명령어와 데이터를 일시적으로 저장하는 휘발성 저장장치입니다.

휘발성 vs 비휘발성
- RAM: 전원이 꺼지면 데이터 사라짐 (휘발성)
- SSD/HDD: 전원이 꺼져도 데이터 유지 (비휘발성)

프로그램은 보조기억장치에 저장되어 있다가 실행 시 RAM으로 복사됩니다.

📌 RAM 크기가 성능에 미치는 영향

RAM이 크면 보조기억장치에서 데이터를 자주 불러오는 횟수가 줄어들어 성능 향상. 하지만 무한정 크다고 무조건 빠른 것은 아님.

2. RAM의 종류

종류	설명	특징
DRAM	Dynamic RAM	주기적으로 새로 고침 필요. 대용량에 적합
SRAM	Static RAM	속도 빠름. 캐시 용도로 사용. 고가
SDRAM	Synchronous DRAM	클럭 동기화 가능. 속도 개선
DDR SDRAM	Double Data Rate	대역폭 2배. 가장 일반적인 메모리

3. 메모리 주소 공간

논리 주소: CPU/프로그램이 사용하는 주소 (0번지부터 시작)
물리 주소: 실제 메모리 하드웨어의 주소

주소 변환은 MMU (Memory Management Unit)가 담당
변환식: 물리주소 = 베이스 레지스터 + 논리주소

💡 메모리 보호

• 베이스 레지스터: 프로그램의 시작 주소
• 한계 레지스터: 프로그램 최대 허용 범위

베이스 <= 물리 주소 < 베이스 + 한계

4. 캐시 메모리

CPU가 메모리보다 훨씬 빠르게 동작하므로, 이 속도 차이를 줄이기 위한 중간 계층 메모리가 캐시(Cache)입니다.

📌 저장 장치 계층 구조

장치	속도	용량	가격
레지스터	매우 빠름	매우 작음	매우 비쌈
캐시 메모리	빠름	작음	비쌈
RAM	중간	중간	보통
보조기억장치	느림	큼	저렴

📌 캐시 계층

• L1 캐시: 코어 내부, 가장 빠르고 작음 (명령어/데이터 분리 가능)
• L2 캐시: 코어 내부, L1보다 큼
• L3 캐시: 코어 외부, 여러 코어가 공유

📌 참조 지역성(Locality)

• 시간 지역성: 최근 접근한 데이터 재접근 확률 ↑
• 공간 지역성: 인접한 데이터 접근 확률 ↑

📌 캐시 히트와 적중률

캐시 적중률 공식:
캐시 히트 수 / (캐시 히트 수 + 캐시 미스 수)