정보처리산업기사(필기) - 전자계산기 구조 : 입력 및 출력 (연관기억장치, 복수 모듈 기억장치, 캐시 메모리, 가상기억장치)

연관 기억장치(Associative Memory)

• 주소접근 없이 내용의 일부로 접근하는 기억장치, CAM(Content Addressable Memory)라고도 함
• 주소 접근 기억장치보다 검색 신속
• 캐시 메모리 및 가상 메모리 관리 기법인 Mapping Table에 사용
• 인자와 내용을 비교하므로 하드웨어 비용 증가

복수 모듈 기억장치

• 독자적 기억 장치 모듈 여러 개로 구성
• 주기억장치와 CPU 속도차 개선
• 기억장치 버스를 시분할하여 사용
• 기억장치 접근속도 향상
• 인터리빙 기법 사용
• Bus구성 회선이 많으면 동시 병렬 접근 가능

메모리 인터리빙(Memory Interleaving)

• CPU가 각 모듈로 전송할 주소를 분산 배치 후 차례대로 전송하여 모듈을 병행 접근하는 기법
• 중앙처리장치의 쉬는 시간 단축, 수행 명령어 수 증가
• 모듈의 수 만큼 동시접근 가능
• 기억장치 접근시간 효율 상승으로 캐시 기억장치, 고속 DMA 전송 등에 사용

캐시 메모리(Cache Memory)

• CPU와 메모리 간 속도차를 줄이기 위한 Buffer Memory
• 주기억장치와 CPU사이에 위치
• 메모리 계층에서 가장 빠름 (처리 속도가 CPU와 비슷)
• 기억장치 접근 횟수가 줄어들어 처리 속도 향상
• 분리 캐시 : 명령어와 데이터를 분리하여 캐시 메모리에 저장
  - 캐시 접근시 충돌 방지
• 캐시 메모리 접근시 정보가 있으면 적중(Hit), 없으면 실패
• 적중률 = 적중 횟수 / 총 접근 횟수

매핑 프로세스(Mapping Process)

• 주기억장치에서 캐시 메모리로 데이터 전송
• 종류 : 직접(Direct) 매핑, Associative 매핑, Set-Associative 매핑
• 직접 매핑은 동일 인덱스지만 다른 tag인 워드 접근에서 적중률 낮을 우려

쓰기 정책

• 데이터 수정 발생 시 주기억장치 갱신을 위한 시기와 방법 결정
• Write-Through : 쓰기 동작시 캐시 메모리와 주기억장치 동시 갱신
• Write-Back : 쓰기 동작 동안 캐시만 갱신, 캐시 제거 후 주기억장치 복사
• Write-Once : 쓰기 동작시 한 번만 기록

가상 기억장치(Virtual Memory)

가상기억장치의 개요

가상기억장치 : 주기억장치를 큰 용량처럼 사용할 수 있게하는 운영체제 메모리 기법. 프로그램 크기에 제한없이 실행 가능

가상기억장치 특징

• 보조기억장치를 이용한 주기억장치 용량 확보
• 프로그램을 여러개 블록으로 보조기억장치에 보관하여 실행시 필요부분만 주기억장치에 적재
• 다중 프로그래밍 효율 향상
• 오버레이(Overlay, 주기억장치가 사용않는 프로그램을 보조기억장치로 옮기고 다른 프로그램을 사용하여 용량보다 큰 프로그램 사용) 문제 해결
• 보조기억장치 접근이 잦으면 시스템 효율 저하
• 보조기억장치는 DASD(직접접근 기억장치)

주소의 사용

• 프로그램을 나눈 블록 주소를 보조기억장치에 저장 후 필요시 주기억장치에 적재
• 가상 주소(논리 주소) : 보조기억장치 상 주소, 주소 집합을 주소 공간이라 함, 교체단위 페이지
• 실기억 주소(물리적 주소) : 주기억장치 상 주소, 주소 집합을 메모리 공간(기억 공간)이라 함, 교체단위 블록

페이지 부재(Page Fault)

• 가상 페이지가 주기억장치에 없는 경우
• 발생 시 요구 Page가 주기억 장치로 옮겨질 동안 프로그램 중단

기억장치의 관리 전략

반입(Fetch) 전략

• 보조기억장치에 보관된 프로그램을 언제 주기억장치로 재적할지 결정
• 요구반입(Demand Fetch) : 프로그램이 요구 시 적재
• 예상반입(Anticipatory Fetch) : 프로그램의 참조를 예상하여 미리 적재

배치(Placement) 전략

• 새로 반입될 프로그램을 주기억장치에 위치시킬 장소 결정

교체(Replacement) 전략

• 주기억장치를 모두 사용중일 때, 새 프로그램을 배치시, 사용되는 페이지(가상기억장치 공간) 중 빈 페이지로 만들 곳 결정
• 스테이징(Staging) : 페이지 부재(Page Fault) 발생 시 페이지를 교체하는 것

주소 매핑

• 가상주소를 실기억주소로 변환
• CPU에서 주기억 장치를 Access하기 위해 가상주소를 실주소로 변환
• 사상함수 사용

플린(Flynn)의 병렬 컴퓨터 분류

SISD (Single Instruction stream Single Data Stream)	- 현재 컴퓨터 구조  - 명령 하나당 자료 하나 처리  - 제어장치의 한 개의 명령 번역 후 처리기로 명령 처리 시 기억장치에서 한 개 자료를 처리
SIMD (Single Instruction stream Multi Data stream)	- 한 개 명령으로 여러 Data 동시 처리  - 한 개 제어장치가 다수의 처리기 제어  - 배열 처리기(Array Proccessor)에 의한 동기적 병렬 처리 가능
MISD (Multi Instruction stream Single Data stream)	- 다수 처리기에 의해 각 명령이 하나의 Data를 처리  - 실제 사용 안함  - Pipeline에 의한 비동기적 병렬처리가능
MIMD (Multi Instruction stream Multi Data stream)	- 다수 처리기가 각기 다른 명령과 자료로 여러 개 자료 처리  - Tightly Coupled System을 다중 처리기, Loosely Coupled System을 분산 처리 시스템이라 함  - 다중 처리기에 의한 비동기적 병렬 처리 가능