Chap 06. 기억장치
03. 캐시 기억장치
- 라인크기
- 쓰기 정책 블록 크기에 따른 특성 : 블록 크기가 커질수록 캐시에 들어올 수 있는 블록의 수는 감소한다.
블록 수가 적으면 인출된 직후에 다른 블록과 다시 교체된다.
블록 크기가 커질수록 원하는 워드에서 멀리 떨어져 있는 워드들고 같이 읽혀
오며, 그들은 가까운 미래에 사용될 가능성은 낮다.
- 계측정 캐시
-온-칩 캐시 : 캐시 액세스 시간을 단축시키기 위해 cpu칩 내에 포함시킨 캐시이다.
-계층적 캐시 : 온-칩 캐시를 1차 캐시로 사용하고, cpu 외부에 더 큰 용량의 2차 캐시를 설치하는 방식이다.
-분리적 캐시 : 캐시를 명령어 캐시와 데이터 캐시로 분리한 것이다.
-계측정 캐시 히트율 : 2차 캐시의 용량이 1차 캐시의 용량보다 크고 1차 캐시 내용은 모두 2차 캐시에도 존재한다.
1차 캐시 검사하고 2차 캐시도 검사했는데 원하는 정보가 없는 경우 주기억 장치를 액세스한다.
1차 캐시는 속도가 빠르지만 2차캐시보다 히트율은 더 낮다.
>> 평균 기억장치 액세스 시간(Ta) = H1 x TL1 + (H2 - H1) x TL2 + (1-H2)Tm
- 1차 캐시 액세스 시간과 히트율 : TL1, H1
- 2차 캐시 액세스 시간과 히트율 : TL2, H2
- 주기억장치의 액세스 시간 : Tm
04. 가상 기억장치
- 정의 : 용량이 큰 보조기억장치를 주기억 장치처럼 사용한다.
>> cpu가 참조하는 가상 주소를 주기억 장치의 실제 주소로 변환하는 '주소 매핑'이 필요하다.
- 주소 매핑 : 프로그래머가 프로그램에 표시한 주소(가상주소 = 논리주소), 이들의 주소 집합=주소 공간
실제 프로그램이 적재되는 주기억장치의 주소(물리주소), 이들의 집합=메모리공간
- 페이지에 의한 매핑
- 페이지란 주소 공간을 고정 크기로 나눈 것이고 블록은 메모리 공간을 고정 크기로 나눈 것이다.
- 페이지에 대한 기억 장치 매핑표를 가지고 페이지를 블록으로 변환한다.
- 스레싱 : 페이지 오류가 자주 발생되는 경우
- 연관 기억장치를 이용한 매핑
- 정의 : 연관 기억장치를 사용해 기억 장치 매핑표의 워드 수와 주기억 장치의 블록 수를 같게 한다.
- 세그먼트에 의한 매핑
- 고정 길이의 페이지가 아닌 가변 길이의 세그먼트로 매핑한다.
- 세그먼트로 된 프로그램에 의해 지정되는 주소를 논리 주소라고 하고, 프로그래머가 프로그램을 세그먼트화하고,
다시 시스템이 각 세그먼트를 페이지화 한다.
- 페이지 교체 알고리즘
- 정의 : 새로운 페이지가 주기억장치로 전송될 때, 주기억 장치가 꽉 차 있으면 제거할 페이지를 선택하는 것이다.
- 종류
- FIFO알고리즘 : 주기억장치에 가장 오래 있었던 페이지 교체
- LRU알고리즘 : 최근까지 가장 오랫동안 사용되지 않았던 페이지를 선택하여 제거
- LFU알고리즘 : 사용 빈도가 가장 낮은 페이지를 선택하여 제거
- NUR알고리즘 : LRU와 비슷한 알고리즘으로, 참조 비트와 변형 비트를 사용하여 최근에 사용하지 않은 페이지를
교체하는 방법
Chap 07. 보조기억장치
※참고
- 자기특성 : 자기 기억장치
- 빛의특성 : 광 기억 장치
01. 자기 디스크(=하드디스크)
- 정의 : 플라스틱이나 알류미늄 재질의 원형 평판에 자성 물질이 코팅되어 있는 기억장치이다.
- 분류 : 헤드 수에 따라 분류된다.
- 단일 헤드 디스크 : 하나의 헤드로 액세스하기 때문에 헤드를 이동시키는데 긴 시간이 소요된다.
- 다중 헤드 디스크 : 디스크 팔 하나에 헤드가 여러 개 부착된 구조로 헤드 이동 시간이 적게든다.
- 구조
- 트랙 : 정보를 저장하는 동심원 모양
- 섹터 : 데이터 크기의 최소 단위(피자 조각처럼)
--> 트랙에는 섹터가 여러 개 있다.
- 트랙간 갭 : 오류 방지를 위한 트랙 사이 간격
- 섹터간 갭 : 섹터 구분을 위한 간격
- 속도
- 등각 속도 : 디스크가 일정한 속도로 회전할 때, 트랙의 위치에 상관없이 데이터를 동일한 비율로 액세스한다.
- 장점/단점 : 디스크 읽기, 쓰기 장치가 간단하지만, 저장 공간이 낭비된다.
- 등선 속도 : 안쪽과 바깥쪽이 다른 용량으로 저장되도록 디스크 안쪽과 바깥쪽의 밀도를 같게 한다.
- 장점/단점 : 트랙 전체의 저장 밀도가 균일하여 바깥쪽 트랙 부분의 저장 공간의 낭비가 없지만, 회전 구동
장치가 복잡해진다.
- 데이터 저장 형식 --> 총 577byte 인데 데이터를 저장하는 공간은 512byte
- gap : 섹터 분리
- sync : 섹터의 시작, 타이밍 정렬
- address mark : 섹터 번호와 위치 식별, 섹터의 상태 확인 //여기까지 15byte
- ECC : 데이터 복구 및 복원하는데 사용되는 오류수정코드 포함 //50byte
**512byte 길이의 표준 섹터를 4096byte로 변경하면 액세스 횟수가 줄어들어 속도가 향상되고 오류확률이 감소한다.
물리적 공간은 약 8%가 늘어난다.
- 디스크 드라이브 구조 : 헤드, 디스크 팔, 구동 장치, 자기 디스크를 회전시키는 축, 데이터 전송에 필요한 전자회로 등을 포함한다. 실린더란 서로 다른 디스크 표면에 있지만 트랙의 위치가 같아서 데이터를 동시에 액세스할 수 있는 트랙들의 집합을 말한다.
- 디스크 액세스 시간 : 탐색시간 + 회전지연시간 + 데이터 전송 시간 등
- 탐색시간 : 헤드가 액세스할 데이터가 있는 트랙으로 움직이는데 걸리는 시간
- 회전지연시간 : 디스크가 회전해서 원하는 섹터가 헤드 아래에 위치하는 데 걸리는 시간
- 데이터 전송 시간 : 헤드가 액세스한 데이터를 전송하는데 걸리는 시간
**추가적으로 큐 대기시간, 디스크 제어기, 버스 제어기 시간 등이 있다.
2. 자기 테이프
- 정의 : 순차 접근 기억장치로 플리스틱 테이프 위에 자화 물질이 코팅되어 있으며 릴에 감아 사용한다.
- 기록 형식 : 길이는 보통 800,1200,1600,2400피트이다.
- 정보 기록법
- 전체 기억 구조
3. 광 기억 장치
- 정의 : 광 레이저 기술을 이용해 영상이나 데이터 정보 등을 저장하거나 재생한다.
- 종류
- ★CD-ROM : 읽기 전용 콤팩트 디스크
- 정보 저장 : 고강도 레이저를 사용해 표면상의 피트와 랜드 형태로 정보 기록
- 정보 검색 : 저전력 레이저를 이용하여 미세 피트들로부터 반사되는 빛의 강도에 의해 검색
- 구조적 특징 : 평면상에 하나의 트랙이 나선형으로 연결되어 있고 트랙은 같은 크기의 섹터들로 분할
- 데이터 읽기 : 랜드에는 그대로 반사되어 광 센서로 들어오지만 피트에는 빛이 확산되어 들어오지 않는다.
랜드->피트, 피트->랜드 : 1
랜드나 피트를 읽는 부분 : 0
- 데이터 저장 형식
- SYNC 필드 : 섹터의 시작
- ID 필드 : 섹터 주소와 모드 정보
- 데이터 필드 : 2048바이트
- ECC 필드 : 오류 정정 코드(288바이트)
- 트랙과 섹터 구성
- 트랙은 하나의 나선형으로 모두 연결되어 있고, 동일한 길이의 섹터로 분할되어 있다.
- 헤드가 안쪽 트랙을 액세스할 때 회전 속도를 높이고, 바깥쪽 트랙을 액세스할 때 회전 속도를 낮춘다.
- CD-R(=WORM) : 사용자가 강도 높은 레이저로 데이터를 한 번 기록할 수 있는 CD-ROM
- 데이터 쓰기 : 피트에서 염료층을 태우고, 피트에서는 그대로 지나가면서 데이터를 기록한다.
- 데이터 읽기 : 낮은 강도의 레이저 광선을 비추면 랜드에서는 빛이 반사되고 피트에서는 반사되지 않는데 이 원리를
기반해서 반사되어 돌아오는 빛의 양을 통해 0과 1을 구분한다.
- CD-RW : 여러 번 쓰기가 가능한 CD
- 기록층 : 인듐, 주석, 텔루륨으로 이루어져있으며 온도에 따라 변화한다.
ex) 결정 상태에 있다가 일정 온도 이상의 열을 가하면 '액체상태' 변함
급속히 냉각하면 비결정 상태가 되고 서서히 냉각하면 결정 상태로 다시 돌아감
- 결정 상태에서는 빛이 입사되면 반사되지만 비결정 상태에서는 불규칙적으로 난반사한다.
- 강한 레이저를 비추면, 기록층이 액체 상태가 되는데 0을 표현하려는 부분에서 급속 냉각을 시켜 비결정 상태로
만들고, 1을 표현할 부분에서는 약한 레이저를 비추어 결정 상태로 만든다.
- 기록층은 녹이는 과정과 냉각시키는 과정을 반복해도 그 성질이 변하지 않으므로 여러 번 재기록이 가능하다.
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