[CS] 컴퓨터의 메모리 구조

• 순서
  1. 메모리 계층 구조
  2. 프로세스 메모리 구조
  3. 두 구조의 관계
• 메모리 계층 구조
  1. 메모리 계층 구조는 하드웨어가 실제 메모리를 관리하는 방식임. 
  2. 하드웨어 관점의 메모리 계층 구조는 아래 순서와 같이 이루어져 있다.
     • 레지스터 : CPU 내부, 가장 빠르고 용량이 매우 작다.
     • 캐시(L1, L2, L3) : CPU 칩 가까이에 위치, 빠르지만 용량이 제한적임
     • 주 기억장치(Ram) : 일반적인 작업이 이뤄지는 공간, 중간의 속도르 가짐
     • 보조 저장장치(SSD, HDD) : 용량이 크지만 느림
     • 보관 장치(테이프, 클라우드) : 아카이브용, 매우 느리지만 용량이 큼
  3. CPU는 자주 쓰는 데이터를 빠른 계층(레지스터 또는 캐시)에 두고, 덜 쓰는 건 RAM 또는 SSD에 둠
• 프로세스 메모리 구조
  1. 프로세스 메모리 구조는 운영체제가 프로그램에 제공하는 논리적 메모리를 구분함
  2. 운영체제와 프로그램 관점의 프로세스 메모리 구조는 아래 순서와 같이 이루어져 있다.
     • 커널 영역(OS가 사용)
     • 스택(Stack): 함수 호출 시 생성되는 지역 변수, 매개변수 저장
       1. 함수가 끝나면 알아서 해제되어 자동으로 관리됨
       2. 크키가 제한적이며, 깊은 재귀시 stack overflow가 발생할 수 있음
     • 힙(Heap): 실행 중에 동적으로 할당되는 메모리 (new, malloc)
       1. 프로그래머가 new/delete, malloc/free로 직접 관리함
       2. 동적으로 원하는 만큼 할당 가능함.
     • BSS 영역: 초기화되지 않은 전역/정적 변수
       1. 프로그램 시작부터 끝까지 유지됨
     • 데이터 영역(Data): 초기화된 전역/정적 변수
       
       1. 프로그램 시작부터 끝까지 유지됨
     • 코드 영역(Text/Code): 프로그램 실행 명령어
       1. 실행할 기계어가 들어가는 읽기 전용 영역임
  3. 위 구조에서 위로 갈수록 높은 주소이다.
• 두 구조의 관계
  1. RAM 위에 OS가 가상 메모리 기법을 통해 프로세스에게 위 구조를 제공하고, CPU는 캐시/레지스터를 이용해 빠르게 접근함.
  2. 메모리 계층 구조는 하드웨어 속도 차이를 완화함
  3. 프로세스 메모리 구조는 운영체제가 프로그램 실행 환경을 제공함.