24.11.14 CS

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인터럽트(Interrupt)

• 프로그램을 실행하는 도중에 예기치 않은 상황이 발생할 경우 현재 실행 중인 작업을 즉시 중단하고, 발생된 상황에 대한 우선 처리가 필요함을 CPU에게 알리는 것이다.
• 지금 수행 중인 일보다 더 중요한 일이 발생하면 그 일을 먼저 처리하고 나서 하던 일을 계속한다.
• 외부/내부 인터럽트는 CPU의 하드웨어 신호에 의해서 발생한다.
• 소프트웨어 인터럽트는 명령어의 수행에 의해 발생한다.

외부 인터럽트

• 입출력 장치, 타이밍, 장치, 전원 등 외부적인 요인으로 발생한다.
• 전원 이상, 기계 착오, 외부 신호, 입출력

내부 인터럽트

• Trap이라고도 부르며, 잘못된 명령이나 데이터를 사용할 때 발생한다.

소프트웨어 인터럽트

• 프로그램 처리 중 명령의 요청에 의해 발생한 것(SVC 인터럽트)

과정

1. 주 프로그램 실행
2. 인터럽트 발생
3. 복귀 주소 저장
4. 인터럽트 벡터로 점프
5. 인터럽트 처리
6. 인터럽트 처리완료
7. 복귀주소 로드
8. 마지막에 실행되던 주소로 점프
9. 주 프로그램 실행

캐시 메모리(Cache Memory)

• 속도와 빠른 장치와 느린 장치에서 속도 차이에 따른 병목 현상을 줄이기 위한 메모리를 뜻한다.
• CPU가 주기억장치에서 저장된 데이터를 읽어올 때, 자주 사용한는 데이터를 캐시 메모리에 저장한 뒤, 다음에 이용할 때 주기억장치가 아닌 캐시 메모리에서 먼저 가져오면서 속도를 향상시킨다.
• 속도라는 장점을 얻지만, 용량이 적기도 하고 비용이 비싼 점이 있다.

캐시 메모리 작동 원리

• 시간 지역성
  • for나 while 같은 반복문에 사용하는 조건 변수처럼 한번 참조된 데이터는 잠시 후 또 참조될 가능성이 높다.
• 공간 지역성
  • A[0], A[1]과 같은 연속 접근 시, 참조된 데이터 근처에 있는 데이터가 잠시후 또 사용될 가능성이 높다.

캐시 미스 경우 3가지

• Cold miss
  • 해당 메모리 주소를 처음 불러서 발생하는 미스
• Conflict miss
  • 캐시 메모리에 A와 B 데이터를 저장해야 하는데, A와 B가 같은 캐시 메모리 주소에 할당되어 있어서 나는 미스(Direct mapped cache에서 많이 발생한다)
• Capacity miss
  • 캐시 메모리의 공간이 부족해서 나는 미스(Conflict : 주소 할당 문제, Capacity : 공간 문제)
• 캐시 크기를 키워서 문제를 해결하려하면, 캐시 접근속도가 느려지고 파워를 많이 먹는 단점이 생긴다.

구조 및 작동 방식

• Direct Mapped Cache
  • 가장 기본적인 구조로, DRAM의 여러 주소가 캐시 메모리의 한 주소에 대응되는 다대일 방식이다.
  • 캐시 메모리는 인덱스 필드 + 태그 필드 + 데이터 필드 로 구성된다.
  • 간단하고 빠른 장점이 있지만, Conflict Miss가 발생한다는 것이 단점이다.
• Fully Associative Cache
  • 비어있는 캐시 메모리가 있으면, 마음대로 주소를 저장하는 방식이다.
  • 저장할 때는 매우 간단하지만, 찾을 때 문제가 생긴다.
  • 조건이나 규칙이 없어서 특정 캐시 Set 안에 있는 모든 블럭을 한번에 찾아 원하는 데이터가 있는지 검색해야 한다. CAM이라는 특수한 메모리 구조를 사용해야 하지만 가격이 매우 비싸다.
• Set Associative Cache
  • Direct + Fully 방식이다. 특정 행을 지정하고, 그 행안의 어떤 열이든 비어있을 대 저장하는 방식이다.
  • Direct에 비해 검색 속도는 느리지만, 저장이 빠르고 Fully에 비해 저장이 느린 대신 검색이 빠른 중간형이다.