RAM과 캐시 메모리의 차이점은 무엇입니까?

기술 애호가라면 캐시와 캐시가 시스템의 RAM과 함께 작동하여 속도를 높이는 방법에 대해 들어 보셨을 것입니다. 그러나 캐시가 무엇이며 RAM과 어떻게 다른지 궁금한 적이 있습니까?

그렇다면 캐시 메모리와 RAM을 구별하는 모든 것을 살펴볼 것이기 때문에 올바른 위치에 있습니다.

컴퓨터의 메모리 시스템 알아보기

RAM과 캐시를 비교하기 전에 컴퓨터의 메모리 시스템이 어떻게 설계되었는지 이해하는 것이 중요합니다.

RAM과 캐시는 모두 휘발성 메모리 저장 시스템입니다. 즉, 이 두 스토리지 시스템 모두 데이터를 임시로 저장하고 전원이 공급될 때만 작동할 수 있습니다. 따라서 컴퓨터를 끄면 RAM과 캐시에 저장된 모든 데이터가 삭제됩니다.

이러한 이유로 모든 컴퓨팅 장치에는 기본 메모리와 보조 메모리라는 두 가지 유형의 스토리지 시스템이 있습니다. 드라이브는 전원이 꺼져 있을 때 데이터를 저장할 수 있는 파일을 저장하는 컴퓨터 시스템의 보조 메모리입니다. 반면에 기본 메모리 시스템은 켜져 있을 때 CPU에 데이터를 공급합니다.

하지만 컴퓨터가 꺼져 있을 때 데이터를 저장할 수 없는 메모리 시스템이 있는 이유는 무엇입니까? 기본 스토리지 시스템이 컴퓨터의 정수인 데에는 큰 이유가 있습니다.

시스템의 기본 메모리는 전원이 없을 때 데이터를 저장할 수 없지만 보조 스토리지 시스템에 비해 훨씬 빠릅니다. 숫자와 관련하여 SSD와 같은 보조 스토리지 시스템의 액세스 시간은 50마이크로초입니다.

대조적으로 랜덤 액세스 메모리와 같은 기본 메모리 시스템은 17나노초마다 CPU에 데이터를 공급할 수 있습니다. 따라서 기본 메모리 시스템은 보조 스토리지 시스템에 비해 거의 3,000배 더 빠릅니다.

이러한 속도 차이로 인해 컴퓨터 시스템에는 데이터가 놀랍도록 빠른 속도로 CPU에 전달될 수 있는 메모리 계층 구조가 있습니다.

다음은 최신 컴퓨터의 메모리 시스템을 통해 데이터가 이동하는 방식입니다.

• 스토리지 드라이브(보조 메모리): 이 장치는 데이터를 영구적으로 저장할 수 있지만 CPU만큼 빠르지는 않습니다. 이로 인해 CPU는 보조 스토리지 시스템에서 직접 데이터를 액세스할 수 없습니다.
• RAM(Primary Memory): 이 스토리지 시스템은 보조 스토리지 시스템보다 빠르지만 데이터를 영구적으로 저장할 수는 없습니다. 따라서 시스템에서 파일을 열면 하드 드라이브에서 RAM으로 이동합니다. 즉, RAM조차도 CPU에 비해 ​​충분히 빠르지 않습니다.
• 캐시(기본 메모리): 이 문제를 해결하기 위해 캐시 메모리로 알려진 특정 유형의 기본 메모리가 CPU에 내장되어 있으며 컴퓨터에서 가장 빠른 메모리 시스템입니다. 이 메모리 시스템은 L1, L2 및 L3 캐시의 세 부분으로 나뉩니다. 따라서 CPU에서 처리해야 하는 모든 데이터는 하드 드라이브에서 RAM으로 이동한 다음 캐시 메모리로 이동합니다. 즉, CPU는 캐시에서 직접 데이터에 액세스할 수 없습니다.
• CPU 레지스터(기본 메모리): 컴퓨팅 장치의 CPU 레지스터는 크기가 매우 작으며 프로세서 아키텍처를 기반으로 합니다. 이 레지스터는 32비트 또는 64비트의 데이터를 저장할 수 있습니다. 데이터가 이러한 레지스터로 이동하면 CPU는 데이터에 액세스하여 당면한 작업을 수행할 수 있습니다.

RAM 이해 및 작동 방식

앞에서 설명한 것처럼 장치의 임의 액세스 메모리는 컴퓨터의 프로그램에 대한 데이터를 저장하고 CPU에 공급하는 역할을 합니다. 이 데이터를 저장하기 위해 랜덤 액세스 메모리는 동적 메모리 셀(DRAM)을 사용합니다.

이 셀은 커패시터와 트랜지스터를 사용하여 생성됩니다. 이 배열의 커패시터는 전하를 저장하는 데 사용되며 커패시터의 충전 상태를 기반으로 합니다. 메모리 셀은 1 또는 0을 저장할 수 있습니다.

커패시터가 완전히 충전되면 1을 저장한다고 합니다. 반면에 방전되면 0을 저장한다고 합니다. DRAM 셀은 전하를 저장할 수 있지만 이 메모리 설계에는 결함이 있습니다.

RAM은 커패시터를 사용하여 전하를 저장하므로 저장한 전하를 잃는 경향이 있습니다. 이로 인해 RAM에 저장된 데이터가 손실될 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 커패시터에 저장된 전하가 감지 증폭기를 사용하여 새로 고쳐져 저장된 정보가 RAM에서 손실되는 것을 방지합니다.

이렇게 요금을 새로 고침하면 컴퓨터를 켤 때 RAM이 데이터를 저장할 수 있지만 새로 고칠 때 RAM이 데이터를 CPU로 전송할 수 없기 때문에 시스템에 대기 시간이 발생하여 시스템 속도가 느려집니다.

이 외에도 RAM은 마더보드에 연결되고 마더보드는 차례로 소켓을 사용하여 CPU에 연결됩니다. 따라서 RAM과 CPU 사이에 상당한 거리가 있어 데이터가 CPU로 전달되는 시간이 늘어납니다.

위에서 언급한 이유 때문에 RAM은 17나노초마다 CPU에 데이터를 공급합니다. 그 속도에서 CPU는 최고 성능에 도달할 수 없습니다. 이는 4기가헤르츠의 터보 부스트 주파수에서 실행될 때 최상의 성능을 제공하기 위해 CPU에 1/4나노초마다 데이터가 공급되어야 하기 때문입니다.

이 문제를 해결하기 위해 RAM보다 훨씬 빠른 또 다른 임시 저장 시스템인 캐시 메모리가 있습니다.

캐시 메모리 설명

이제 RAM과 함께 제공되는 주의 사항에 대해 알았으므로 캐시 메모리와 RAM과 함께 제공되는 문제를 해결하는 방법을 살펴볼 수 있습니다.

무엇보다도 캐시 메모리가 마더보드에 없습니다. 대신 CPU 자체에 배치됩니다. 이로 인해 데이터가 CPU에 더 가깝게 저장되어 데이터에 더 빠르게 액세스할 수 있습니다.

이 외에도 캐시 메모리는 시스템에서 실행되는 모든 프로그램에 대한 데이터를 저장하지 않습니다. 대신 CPU에서 자주 요청하는 데이터만 보관합니다. 이러한 차이로 인해 캐시는 놀랍도록 빠른 속도로 데이터를 CPU로 보낼 수 있습니다.

또한 RAM에 비해 캐시 메모리는 정적 셀(SRAM)을 사용하여 데이터를 저장합니다. 동적 셀에 비해 정적 메모리는 전하를 저장하기 위해 커패시터를 사용하지 않기 때문에 새로 고칠 필요가 없습니다.

대신 6개의 트랜지스터 세트를 사용하여 정보를 저장합니다. 트랜지스터를 사용하기 때문에 정적 셀은 시간이 지나도 전하를 잃지 않으므로 캐시가 훨씬 더 빠른 속도로 데이터를 CPU에 공급할 수 있습니다.

즉, 캐시 메모리에도 결함이 있습니다. 하나는 RAM과 비교할 때 훨씬 더 비쌉니다. 또한 정적 RAM 셀은 1비트의 정보를 저장하는 데 6개의 트랜지스터 세트가 사용되기 때문에 DRAM에 비해 훨씬 더 큽니다. 이는 DRAM 셀의 단일 커패시터 설계보다 상당히 큽니다.

이로 인해 SRAM의 메모리 밀도는 훨씬 낮고, CPU 다이에 저장 크기가 큰 단일 SRAM을 배치하는 것은 불가능합니다. 따라서 이 문제를 해결하기 위해 캐시 메모리를 L1, L2, L3 캐시의 세 가지 범주로 나누고 CPU 내부와 외부에 배치합니다.

RAM 대 캐시 메모리

이제 RAM과 캐시에 대한 기본적인 이해를 마쳤으므로 서로 어떻게 비교할 수 있는지 살펴볼 수 있습니다.

캐시 메모리는 RAM보다 훨씬 빠릅니다.

RAM과 캐시는 모두 휘발성 메모리 시스템이지만 둘 다 고유한 작업을 수행합니다. 한편으로 RAM은 시스템에서 실행되는 프로그램을 저장하고 캐시는 자주 사용하는 데이터를 CPU에 가깝게 저장하여 RAM을 지원하여 성능을 향상시킵니다.

따라서 뛰어난 성능을 제공하는 시스템을 찾고 있다면 함께 제공되는 RAM과 캐시를 살펴보는 것이 필수적입니다. 두 메모리 시스템 간의 뛰어난 균형은 PC를 최대한 활용하는 데 필수적입니다.