1980년대에 마이크로프로세서 속도는 메모리 액세스 시간과 비교할 때 기하급수적으로 증가했습니다. 메모리에 액세스할 수 있는 속도를 개선하고 전체 시스템을 보다 효율적으로 만들기 위해 무언가를 해야 한다는 것이 금세 명백해졌습니다. 이러한 처리 속도와 메모리 속도의 불일치가 캐시의 개발로 이어졌습니다.
캐시란 무엇입니까
캐시의 발명은 컴퓨터 과학 역사상 가장 중요한 사건 중 하나였습니다. 그러나 캐시가 정확히 무엇입니까? 어떻게 작동합니까?
기본 수준에서 캐시는 빠른 종류의 메모리입니다. 여기에는 컴퓨터가 특정 작업을 수행할 때 다음에 가장 필요로 하는 명령이 포함된 작은 메모리 풀이 포함되어 있습니다. 컴퓨터는 복잡한 알고리즘과 프로그래밍 코드 지식을 사용하여 해당 정보를 캐시에 로드합니다. 컴퓨터에 캐시 시스템이 있는 목적은 CPU가 필요한 순서대로 필요한 데이터에 방해받지 않고 액세스할 수 있도록 하는 것입니다.
이것이 어떻게 작동하는지 보려면 컴퓨터에 세 가지 유형의 메모리가 있다는 것을 알아야 합니다. 먼저 하드 드라이브 또는 SSD에 있는 기본 메모리가 있습니다. 시스템에서 가장 큰 메모리 저장소입니다. 그 다음에는 기본 메모리 장치보다 빠르지만 작은 RAM 또는 랜덤 액세스 메모리가 있습니다. 마지막으로 캐시라고 하는 CPU 자체 내에 메모리 장치가 있습니다. 캐시는 모든 메모리 유형 중 가장 빠릅니다.
프로그램이 시작되면 해당 프로그램은 프로그램 코드에 있는 일련의 명령을 실행하기 시작합니다. 해당 정보는 먼저 RAM에 로드된 다음 CPU로 이동합니다. 데이터를 사용하여 명령을 가장 잘 수행하려면 CPU에 고속 메모리가 필요합니다. 캐시가 필요한 곳입니다.
캐시 수준
CPU 내에는 L1, L2 및 L3의 세 가지 다른 수준의 캐시가 있습니다. 일부 회사는 L4 캐시를 개발하고 있습니다.
L1 캐시는 세 가지 중 가장 빠르고 가장 작습니다. CPU가 작업을 수행하는 데 가장 필요한 데이터가 포함되어 있습니다. L1은 일반적으로 약 256KB를 보유하지만 일부는 최대 1MB까지 확장합니다.
이 작은 캐시는 명령 캐시와 데이터 캐시를 모두 갖는 이중 목적을 가지고 있습니다. 명령어 캐시는 CPU가 수행해야 하는 작업을 처리하고 데이터 캐시는 프로세스가 수행되어야 하는 정보를 보유합니다.
다음으로 L2 캐시가 있습니다. L2는 L1보다 느리고 더 많은 정보를 보유합니다. 여기에는 컴퓨터가 다음에 액세스해야 할 가능성이 가장 높은 256,000~8MB의 데이터가 포함되어 있습니다.
마지막으로 L3 캐시가 표시됩니다. 4MB에서 50MB 사이를 저장하는 가장 크고 느린 캐시입니다.
캐시 작동 방식
프로그램이 컴퓨터에서 시작되면 데이터는 RAM에서 L3 캐시로, 그런 다음 L2에서 마지막으로 L1으로 흐릅니다. 프로그램이 실행되는 동안 CPU는 실행에 필요한 정보를 찾습니다. L1 캐시에서 시작하여 거기에서 역방향으로 작업합니다. CPU가 필요한 정보를 찾으면 이를 캐시 적중이라고 합니다. 필요한 정보를 찾을 수 없으면 캐시 미스이며 컴퓨터는 필요한 정보를 찾기 위해 다른 곳을 찾아야 합니다.
대기 시간은 컴퓨터의 효율성에 중요한 요소입니다. 대기 시간은 정보를 검색하는 데 필요한 시간입니다. L1 캐시가 가장 빠르므로 대기 시간이 가장 짧습니다. 캐시 누락이 발생하면 컴퓨터가 필요한 정보를 찾기 위해 다른 캐시를 계속 검색해야 하므로 대기 시간이 늘어납니다.
최신 컴퓨터는 CPU 트랜지스터 크기가 훨씬 작아 캐시를 직접 배치할 수 있는 더 많은 공간이 있는 보드를 만들 수 있습니다. 물리적으로 캐시를 CPU에 더 가깝게 배치하면 대기 시간이 줄어듭니다.
캐시는 컴퓨터를 판매하는 사람들이 자주 지적하는 것은 아니지만 확인할 가치가 있습니다. 캐시가 빠를수록 대기 시간이 줄어들어 프로그램이 더 빠르고 효율적으로 실행됩니다.