CPU(중앙 처리 장치)와 캐시(cache) 간단히 알아보자

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컴퓨터에는 네 가지 핵심 부품이 있다.

CPU와 메모리, 보조기억장치, 입력 및 출력장치이다.

 

1) CPU의 뜻과 역할

CPU(Central Processing Unit)는 중앙 처리 장치라고 부른다. 

 

컴퓨터가 이해하는 두 가지 정보는 데이터와 명령어로 이루어져있다.

이 두 정보는 메모리에 저장되어있고, CPU는 메모리에 저장된 명령어와 데이터를 가져와서 읽고, 해석하고, 실행하는 부품이다.

 

컴퓨터의 구조에서 CPU는 인간에게 있어서 뇌와 같다.

입력장치로부터 자료를 받아 연산하고

그 결과를 출력장치로 보내는 일련의 과정을 제어하는 핵심장치인 것이다.

 

2) CPU는 무엇으로 구성되어있나?

ALU(산술/논리 연산 유닛), CU(제어 장치), 여러 레지스터, 캐시로 구성되어있다. 

 

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- ALU는 산술 및 논리 연산을 담당한다. 즉 계산기라고 보면된다. 계산을 위해 존재하는 회로들의 모임이다.

- 레지스터는 임시 저장 장치이다. CPU 내부에 존재하는 작은 저장장치로, CPU가 명령어를 처리하는데 필요한 여러 데이터를 용도에 맞게 저장한다.

- 제어장치는 제어 신호를 보내고, 명령어를 해석하는 장치이다. (제어신호; 컴퓨터 부품들을 관리하고 작동시키기 위한 전기신호)

- 캐시는 크기는 작지만 빠른 메모리이다. CPU 성능 향상을 위해 고안된 것으로, 자주 사용하는 데이터 갖고 있다. 덕분에 메모리에 접근하는 시간을 절약할 수 있다.

 

3) CPU 캐시

CPU 처리 속도에 비하여, 메모리의 읽기, 쓰기 속도에는 차이가 있다.

이러한 차이로 인해 성능에 제약이 발생한다.

이를 해결할 필요가 생겼고, CPU 캐시는 CPU와 메모리 사이에서 임시로 데이터를 교환하는 역할을 가진다.

캐시를 통하여 전체 시스템 응답 시간을 단축할 수 있다.

 

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사용자가 어떤 프로그램을 실행하면 그 데이터는 램으로 이동하고, CPU는 그 데이터를 가져온다.

문제는 램이 CPU에 비하면 많이 느리다는 것이다. 그래서 CPU 내부 혹은 근처의 캐시메모리에 데이터를 저장해둔다.

이때, 캐시메모리에는 중요하다고 판단되는 데이터만 저장해서 사용한다. 램에 비하면 용량이 작기 때문이다.

 

3단계 캐시 : 캐시메모리는 L1, L2, L3 까지 단계를 나눈다. CPU는 L1캐시에 가장 먼저 접근한다. 하지만 용량은 작다. 속도는 L1, L2, L3 순으로 빠르다. 반면에 용량은 L3, L2, L1 순으로 많다.

 

데이터 및 명령어가 CPU 캐시에서 먼저 발견되면 메모리나 하드디스크에서 검색할 필요가 없어진다. 우선적으로 CPU는 L1 캐시에서 데이터를 검색한다. 여기에 없으면, L2에 요청한다. L2에도 없으면 L3에 요청하고, 그래도 없으면 램에 있는 데이터를 요청하게 된다. (하지만 이 경우, 시간이 걸리는 작업이며 성능에 긍정적이지 못 한다.)

 

 

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