컴퓨터시스템구조론 | CHAPTER 4 복습문제 | 캐시 메모리와 기억장치 구조 이해하기

 

✅ CHAPTER 4 캐시 메모리

💡 1. 단어(word), 주소 지정 가능한 유니트들(addressable units) 및 전송 단위(unit of transfer)라는 용어들과 내부 기억장치는 어떤 관계가 있는가?

• 내부 기억장치(Internal Memory): 컴퓨터 시스템 내부에 위치한 기억장치로, CPU가 직접 액세스 가능한 메모리이다.
• 단어(Word): 내부 기억장치에서 한 번에 읽거나 쓸 수 있는 데이터의 크기이다.
• 주소 지정 가능한 유니트(Addressable Units): 내부 기억장치에서 각각의 데이터가 저장되는 작은 단위로, 각각의 주소로 식별 가능하다.
• 전송 단위(Unit of Transfer): 내부 기억장치와 외부 기억장치 간 데이터를 전송하는 최소 단위이다.

 

💡 2. 임의 액세스 기억장치와 비-임의 액세스 기억장치에서 전송률(transfer rate)이란 무엇인가?

• 임의 액세스 기억장치(Random Access Memory, RAM): 주소 지정이 가능한 유니트들(addressable units)로 구성되어 있으며, 주소를 통해 데이터를 임의로 액세스 할 수 있는 기억장치이다.
• 비-임의 액세스 기억장치(Sequential Access Memory, SAM): 데이터를 순차적으로 액세스 하는 기억장치로, 이전 데이터가 읽히기 전까지 다음 데이터에 액세스 할 수 없다.
• 전송률(Transfer Rate): 기억장치에서 데이터를 전송하는 속도를 나타내는 단위 시간당 비트 수이다. 

 

💡 3. 지역성의 원리는 여러 기억장치 단계를 사용하는 것과 어떤 관계가 있는가?

• 지역성의 원리는 캐시 메모리와 같이 더 빠른 기억장치와 더 큰 용량의 주기억장치를 조합하여 전체적인 성능을 최적화한다.

 

💡 4. 직접 사상, 연관 사상 및 세트-연관 사상 간의 차이는 무엇인가? 

• 직접 사상(Direct Mapping): 캐시의 한 블록이 메인 메모리의 한 블록에만 대응되는 방식으로 캐시 크기가 작은 경우 충돌이 발생할 가능성이 높다.
• 연관 사상(Fully Associative Mapping): 캐시의 한 블록이 메인 메모리의 어떤 블록에도 대응될 수 있는 방식으로 충돌이 없지만 검색 속도가 느리다.
• 세트-연관 사상(Set-Associative Mapping): 캐시의 한 블록이 메인 메모리의 여러 블록 중 하나에 대응될 수 있는 방식이다. 

 

💡 5. 직접 사상 캐시에서 주기억장치 주소는 세 개의 필드들로 구성되는 것으로 간주된다. 이 세 필드들을 열거하고 정의하라

• 색인(index) 필드: 캐시의 셀 번호를 결정하는 필드이다.
• 태그(tag) 필드: 메인 메모리의 블록 주소를 저장하는 필드이다.
• 오프셋(offset) 필드: 캐시 라인 내에서 데이터가 위치하는 오프셋을 결정하는 필드이다.

 

💡 6. 연관 캐시에서 주기억장치 주소는 두 개의 필드들로 구성되는 것으로 간주된다. 이 두 필드들을 열거하고 정의하라

• 태그(tag) 필드: 캐시 라인에 저장된 주소가 메인 메모리의 어떤 블록과 대응되는지 식별한다.
• 인덱스(index) 필드: 캐시의 몇 번째 라인에 데이터가 저장되어 있는지를 나타낸다.

 

💡 7. 세트-연관 캐시에서 주기억장치 주소는 세 개의 필드들로 구성되는 것으로 간주된다. 이 세 필드들을 열거하고 정의하라

• 태그(Tag) 필드: 주기억장치 블록의 주소 정보를 저장한다.
• 인덱스(Index) 필드: 캐시의 세트(set) 번호를 나타낸다.
• 오프셋(Offset) 필드: 캐시 라인 내에서 블록의 위치를 지정한다.

 

💡 8. 통합 캐시 사용의 이점은 무엇인가?

• 캐시 메모리의 크기를 효율적으로 관리할 수 있다.
• 데이터 및 명령어 캐시의 분리를 피할 수 있다.
• 캐시 메모리 라인에 대한 경쟁을 피할 수 있다.
• 다양한 유형의 데이터 및 명령어를 효과적으로 캐시할 수 있다.
• 더 나은 성능과 처리량을 제공한다.

 

💡 9. 펜티엄 4 프로세서 코어의 네 가지 주요 구성요소들을 열거하고 간략히 설명하라

• 실행 유닛(Execution Units): 산술논리연산(ALU), 부동소수점연산(FPU), 멀티미디어연산(MMX, SSE 등) 등을 수행하는 유닛이다.
• 캐시 메모리(Cache Memory): 프로세서 코어와 메모리 사이에서 빠른 데이터 전송을 위해 사용되는 작은 용량의 메모리로, L1 캐시와 L2 캐시로 구성된다.
• 프런트 사이드 버스(Front Side Bus, FSB): CPU 코어와 메모리 컨트롤러, 그래픽 카드 등 각종 부속기기를 연결하는 버스로, 데이터 전송 속도를 결정하는 중요한 요소이다.
• 하이퍼스레딩(Hyper-Threading): 단일 코어에서 두 개의 논리 프로세서를 구현하여, 동시에 두 개의 스레드를 처리할 수 있도록 하는 기술이다.