[CS50] 컴퓨터와 컴퓨팅: 기억장치
❄️ David Malan 교수의 컴퓨터 과학 교양 강좌: CS50을 바탕으로 정리한 내용입니다.
컴퓨터가 계산을 수행하기 위해서는 비트와 바이트의 형태로 “기억장치”에 저장할 수 있어야 합니다.
컴퓨터가 나중에 다른 데이터를 검색할 수 있도록 보관을 하는 것이지요.
하지만 기억장치는 종류마다 서로 다른 속도를 내고 내부에 저장할 수 있는 양에 차이가 있어, 서로 다른 장단점을 가지고 있습니다.
- CPU와 가까울수록
- 속도가 빠르고
- 값이 비싸고
- 용량이 작다 (=적은 양의 데이터를 저장할 수 있다)
기억장치
CPU 캐시 메모리
CPU는 용량이 매우 큰 파일이나 데이터를 처리해야 하지만, 한번에 32 또는 64bit의 블록 단위로 굉장히 적은 양의 데이터를 조작하고 계산합니다.
하지만 중앙처리장치는 이러한 비트들을 굉장히 빠른 속도로 처리할 수 있습니다.
하드디스크
이와 정 반대로 하드디스크는 CPU보다 훨씬 많은 양의 데이터를 저장할 수 있습니다. 근래의 하드디스크는 기가바이트나 테라바이트 단위의 데이터를 저장할 수 있습니다.
하드디스크는 엄청나게 많은 양의 데이터를 기억장치에 저장할 수는 있지만, 데이터를 읽고 쓰는 데에 많은 시간이 소요됩니다.
RAM
이 중간에 있는 것이 임의 접근 기억장치, 즉 RAM입니다.
RAM은 하드디스크보다 훨씬 빠르게 데이터를 읽고 쓸 수 있어서, 실행중인 프로그램이나 열려있는 파일들이 더 빨리 접근될 수 있도록 메모리를 저장하는 데에 쓰입니다.
L1, L2, L3 캐시
RAM보다 더 빠르게 정보를 읽고 쓰는 더 작은 단위의 기억장치들도 있지만, 결과적으로 기억장치 용량이 더 작습니다.
바로 L1, L2, L3 캐시가 그것인데, L1 캐시가 이 셋 중에서 가장 작고 빠르며, 중앙처리장치가 재빨리 받아 처리할 수 있도록 몇 킬로바이트의 데이터만을 저장합니다.
L2 캐시는 L1 캐시보다 조금 크지만, 그만큼 더 느립니다.
L3 캐시는 보통 몇 메가바이트를 저장할 수 있어 셋 중 가장 크지만 가장 느립니다. 그래도 L3 캐시는 RAM보다는 빠릅니다.
타협점
일반적으로 기억장치의 타협점은 “용량”과 “속도”에서 찾습니다.
속도가 빠른 기억장치는 용량이 작은 경향이 있습니다.
그리고 속도가 빠른 기억장치는 각 용량 단위의 가격이 더 비쌉니다.
예를 들면, RAM 1GB 가격이 하드디스크 1GB 가격보다 비쌉니다.
우리가 컴퓨터에서 여러 프로그램을 실행하기 위해서는 운영체제와 프로그램이 동시에 실행시켜야 하는데 이 때 RAM을 사용합니다.
너무 많은 공간의 RAM이 사용되면, 근래의 운영체제는 “가상 기억장치”라는 것을 써서 일시적으로 데이터를 RAM에서 하드디스크로 옮기고, 사용자가 필요로 할 때 다시 정보를 불러옵니다.
✍️ 정리
- CPU
- 용량이 작다 : 한 번에 32 또는 64bit의 블록 단위로 굉장히 적은 양의 데이터를 계산한다.
- 처리 속도가 매우 빠르다.
- L1 Cache
- 중앙처리장치가 재빨리 받아 처리할 수 있도록 몇 킬로 바이트의 데이터만을 저장한다.
- L2 Cache
- L3 Cache
- RAM
- 하드디스크보다 빠르게 데이터를 읽고 쓸 수 있다.
- 실행중인 프로그램이나 열려있는 파일들이 더 빨리 접근될 수 있도록 한다.
- HDD
- 용량이 크다 : 한 번에 기가바이트나 테라바이트 단위의 데이터를 저장할 수 있다.
- 데이터를 읽고 쓰는 데에 많은 시간이 소요된다.
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