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계층적 메모리 시스템(hierarchical memory system)은 최신 컴퓨터에서 사용되는 메모리 구조입니다. 이 구조는 속도, 비용, 휘발성, 크기 등의 요소를 고려하여 다양한 형태의 메모리를 조합하여 사용합니다.
일반적으로 CPU 계층을 기준으로 메모리를 구성합니다. 가장 빠르고 작은 용량을 가진 메모리인 캐시 메모리(cache memory)가 최상위 계층에 위치하며, 다음으로 물리 메모리(physical memory)인 DRAM(Dynamic Random Access Memory)이 위치하고, 가장 아래 계층에는 가상 메모리(virtual memory)가 있습니다.
물리 메모리 (physical memory): 컴퓨터의 주 기억장치로 사용되는 메모리입니다. 주로 DRAM을 사용하며, CPU가 직접 접근할 수 있는 고속 메모리입니다.
캐시 메모리 (cache memory): CPU와 물리 메모리 사이에 위치한 중간 계층의 메모리입니다. 속도가 매우 빠르고 비용이 높으며, CPU가 자주 참조하는 데이터를 저장하여 빠른 액세스를 제공합니다. 일반적으로 레벨1(L1), 레벨2(L2), 레벨3(L3)과 같은 계층으로 구성되며, 레벨1이 가장 가깝고 빠른 캐시입니다.
가상 메모리 (virtual memory): 디스크와 같은 보조 기억장치를 사용하여 물리 메모리의 한계를 극복하기 위해 사용되는 메모리입니다. 물리 메모리보다 큰 용량을 제공하며, 필요한 데이터를 주 메모리에 적재하여 사용합니다. 가상 메모리는 주로 페이지 파일 형태로 사용되며, 디스크의 일부 공간을 가상 주소로 매핑하여 사용됩니다.
계층적 메모리 시스템은 빠른 속도와 비용 효율성을 동시에 확보하기 위한 접근 방식입니다. 캐시 메모리를 통해 CPU와 물리 메모리 사이의 속도 차이를 줄이고, 가상 메모리를 통해 주 메모리의 한계를 극복하여 시스템 성능을 최적화할 수 있습니다. 이를 통해 컴퓨터 시스템은 가격 대비 최대의 성능을 달성할 수 있게 됩니다.