상 Paging 기법(고정분할) 페이지 테이블을 이용, 페이지 단위로 분할
상 Segmentation(가변분할) 세그먼트 단위로 분할. 크기 고정 안되어 있음
 
토픽 이름(상) Paging 기법(고정분할), Segmentation(가변분할)
분류 CA/OS > 가상 메모리(Virtual Memory) > Paging, Segmentation 기법
키워드(암기) 관리기법
  • 할당정책 : Paging(고정할당), Segmentation(가변할당), Paged Segmentation
  • 교체정책 : FIFO, LRU, LFU, NUR
암기법(해당경우)  

 

기출문제

번호 문제 회차
1 운영 체제에서 페이지 교체 알고리즘을 사용한다.
가. 페이지 교체 알고리즘을 사용하는 이유에 대하여 설명하시오.
나. 페이지 교체 알고리즘의 종류를 나열하고, 각 종류별 동작과정에 대하여 설명하시오.		 117.정보관리.4
2 페이지 방식을 이용하는 가상 메모리에서 가상주소(Virtual address)를 주기억장치 주소인 물리주소(Physical Address)로 변환하는 과정을 페이지 테이블(Page Table) 및 TLB(Translation Lookaside Buffer)를 이용하여 설명하시오. 110.컴시응.3
3 가상 메모리 동작에 대한 다음의 질문에 대하여 설명하시오.
 가. 가상 메모리 관리 기법의 기본 동작 원리
 나. 페이징 기법과 세그먼트 기법
 다. 구역성(Locality)의 페이징 기법에서 가지는 중요한 의미		 102.정보관리.3
4 가상기억장치(Virtual Memory System)관리기법 중 페이징(Paging)주소 변환에 대하여 설명하시오. 99.정보관리.1

 

  1. 가상 메모리의 구성 방법 유형
구분 설명
Paging - 가상기억장치를 모두 같은 크기의 페이지로 편성하여 운용하는 기법
- 주소 공간을 페이지 단위로 나누고 실제기억공간은 프레임으로 나누어 사용
- 단점으로는 Page Fault, 내부 단편화와 같은 문제점이 존재
Segmentation - 가상기억장치를 서로 크기가 다른 논리적 단위인 세그먼트로 분할 및 할당
- 메모리에 적재될 때 빈 공간을 찾아 할당하는 사용자 관점의 기법
- 블록의 크기가 가변적으로서 외부 단편화에 빈번하게 발생할 가능성이 존재
  1. Paging기법 (고정분할기법)
개요 메모리(보조기억장치)를 고정된 작은 크기의 프레임으로 미리 나누어 주기억장치에 사상시키는 형식
매핑 테이블 매핑 테이블(페이지번호, 프레임번호) 유지
특징 - 고정분할의 외부적 단편화 문제 해결 되나, 내부적 단편화 발생
- 프레임 크기에 따라 단편화 정도와 관리 오버헤드 간의 트레이드 오프 있음: PMT(Page Map Table)이 필요
- 프로그램의 실제 주소와 주기억장치의 주소가 다름
- 실제공간의 페이지크기 = 페이지프레임
- 작업의 기억장치 요구량 = 페이지 크기의 정수 배
- 가상기억장치의 동일크기의 블록을 페이지라 함.
구성도












  • 윈도우, 리눅스와 같은 범용 운영체제에서는 Paging 기법과 세그먼트 기법을 동시에 사용
기능/요소 설명
가상주소 가상주소는 페이지로 분할되기 때문에, 가상페이지번호와 페이지 오프셋(Offset)으로 이루어진다.
VPN 가상 페이지 번호(Virtual Page Number)
PPN 물리적 페이지 번호(Physical Page Number)
제어부분 페이지에 대한 접근권한 필드와 페이지가 메모리에 존재하는지 나타내는 유효비트 등

 

  1. 세그멘테이션 기법 (가변분할기법)
개요 - 블록의 크기가 다른 가변적인 크기로 가상기억장치를 구성하는 방법
- 동적 세그먼트 할당 기법
매핑 테이블 [세그먼트번호, 주소+크기]
특징 - 주기억장치는 각 세그먼트가 적재될 때 마다 필요한 대로 분할하여 서로 다른 크기의 Segment로 분할
- 주기억장치는 각 세그먼트가 적재될 때마다 필요한대로 분할됨
- 외부적 단편화 발생
- 시중한 엑세스 제어 제공
- 페이징 시스템과 같이, 직접/연관/혼합방법을 사용가능
구성도

 

  1. Paged Segmentation 기법
개요 - Page기법과 Segment기법의 장점을 수용
> Page기법은 메모리 관리 측면에서 유리
> Segment기법은 파일관리 측면에서 유리
- 파일의 관리는 Segment 단위
- 메모리에 올라오는 프로그램의 조각은 Page 단위로 관리
특징 - 물리적 주소처리는 페이징 기반
- 주소 검색은 세그먼트, 페이지 순으로
- 페이징은 메모리 관리 측면에서 유리하지만, 운영체제 입장에서 보면 각 페이지마다 접근 권한을 설정해야 함
- 세그멘테이션은 관리단위가 사용자 파일 단위라서 관리하기 유리하지만, 내부 단편화 발생
- 관리는 파일단위로 하고, 메모리에 올라오는 프로그램의 조각은 페이지 단위로 관리.
구성도

 

  1. 페이징, 세그멘테이션 비교
항목 페이징 세그멘테이션
할당단위 고정 가변
적재단위 프로그램 일부 적재 프로그램 전체 적재
장점 - 외부 단편화 없음
- 교체시간 짧음		 - 코드, 데이터 공유 용이
- 내부단편화 최소
단점 - Thrashing 문제 심각
- 내부단편화
- 코드나 데이터 공유 논란		 - 외부단편화 심각
- 메인 메모리 커야 함
- 교체시간 길어짐
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상 집합연관사상
(Set Associative Mapping)		 집합연관 사상, 세트-연관 사상(Set-Associative Mapping)
직접 사상 보다 캐쉬 적중률이 훨씬 향상
집합번호같음, 태그가 다른 2개 이상의 단어를 저장
000(태그) 'abcd'(데이터) 010(태그), 데이터 00(집합번호)		 태세단

 

 

 

 

 

 

토픽 이름 (상) Set Associative (집합 연관사상)
분류 CA > Cache > Set Associative
키워드(암기) 직접매핑, 완전연관매핑, 세트연관매핑, LRU, LFU, FIFO, RR
성능 평가 요소(적중률, 접근시간)
암기법(해당경우) [태세단]

 

기출문제

번호 문제 회차
1 캐시(Cache) 메모리에서 주소 매핑(Mapping)방식과 교체 알고리즘1(Replacement algorithm)을 설명하시오. 114.응용 4.1
2 캐시메모리 사상기법 3가지에 대해서 설명하시오
1)직접사상기법(Direct Mapping)
2)연관사상기법(Associative Mapping)
3)집합연관사항기법(Set-Associative Mapping)		 합숙.공통D3.2
3 캐시메모리 인출(Fetch), 사항(Mapping), 쓰기(Write), 교체(Replacement) 정책을 설명 하시오 모의.2015.07.4
4 캐시메모리 주소 사상(Mapping)방식에 대하여 설명, CPU와 캐시 메모리에서 4Byte 크기 워드(Word)를 사용하고 주기억장치(Main Memory) 크기가 16MByte이고 캐시 메모리(Cache Memory)크기가 64kByte인 경우에 대해 주소 사상 방식을 도식화 설명 하시오 모의.2015.05.3
5 캐시메모리 사상(Mapping)기법 대해서 설명하시오 모의.2012.10.5.1
6 컴퓨터 가상메모리의 페이징 기법에서 가상메모리와 주기억장치가 3가지 주소 사상(Mapping) 기법을 상세히 설명하시오 모의.2010.10.4.1

 

Ⅰ. 직접 사상보다 캐쉬 적중률 향상, 집합 연관 사상 기법의 개요

가. 집합 연관 사상 기법(Set Associative Memory) 개념

- 직접 사상과 연관 사상 방식을 조합한 방식으로 집합 번호는 같고 태그가 다른 두개 이상의 단어를 저장할 수 있는 구조를 갖는 사상 방식

- 하나의 주소 영역이 서로 다른 태그를 갖는 여러 개의 집합으로 이루어지는 방식(N-Way 집합연관사상)

나. 집합 연관 사상 특징 및 장단점

특징 - 메모리 블록 그룹이 하나의 세트 공유
장점 - 직접 사상, 연관 사상 장점 조합
- 메모리 블록은 특정 세트 내 어느 곳이나 적재가능
단점 - 복잡성 : 동일한 집합 내의 태그번호로 검색 위한 복잡한 회로 필요

 

 

Ⅱ. 집합 연관 사상 기법 구성도 및 동작 방식

  가. 집합 연관 사상 기법 구성도

- 결과적으로 집합의 위치를 선택하는 것은 직접 사상 방법 따르고, 집합 내의 슬롯을 선택하는 것은 연관 사상법

나. 주소형식 및 동작 과정

주소
형식		 메모리 주소 형식
  집합필드

- 태그, 데이터로 이루어진 주소 집합
동작
과정		 세트 선택 – 메모리 주소 세트 비트 이용 하나 선택
  태그 비교 -> 캐시 적중 – 세트 내 태그와 비교, 일치 시 캐시 적중으로 CPU로 인출
  태그 비교 -> 캐시 미스 – 불일치 시 캐시 미스로 메모리 접근, 라인들 중 교체할 라인 결정하여 교체

 

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상 연관사상(Associative Mapping) 연관사상기법
태그, 데이터, 슬롯 ---- 태그, 단어(모두 0비트), 데이터		  
토픽 이름 (상) Associative (연관사상)
분류 CA > Cache > Associative
키워드(암기) 직접매핑, 완전연관매핑, 세트연관매핑, LRU, LFU, FIFO, RR
성능 평가 요소(적중률, 접근시간)
암기법(해당경우) [태단]

 

기출문제

번호 문제 회차
1 캐시(Cache) 메모리에서 주소 매핑(Mapping)방식과 교체 알고리즘1(Replacement algorithm)을 설명하시오. 114.응용 4.1
2 캐시메모리 사상기법 3가지에 대해서 설명하시오
1)직접사상기법(Direct Mapping)
2)연관사상기법(Associative Mapping)
3)집합연관사항기법(Set-Associative Mapping)		 합숙.공통D3.2
3 캐시메모리 인출(Fetch), 사항(Mapping), 쓰기(Write), 교체(Replacement) 정책을 설명 하시오 모의.2015.07.4
4 캐시메모리 주소 사상(Mapping)방식에 대하여 설명, CPU와 캐시 메모리에서 4Byte 크기 워드(Word)를 사용하고 주기억장치(Main Memory) 크기가 16MByte이고 캐시 메모리(Cache Memory)크기가 64kByte인 경우에 대해 주소 사상 방식을 도식화 설명 모의.2015.05.3
5 캐시메모리 사상(Mapping)기법 대해서 설명하시오 모의.2012.10.5.1
6 컴퓨터 가상메모리의 페이징 기법에서 가상메모리와 주기억장치가 3가지 주소 사상(Mapping) 기법을 상세히 설명하시오 모의.2010.10.4.1

 

Ⅰ. 장치간의 속도 차이 극복을 위한 연관 사상 기법의 개요

가. 연관 사상 기법(Associative Memory)개념

- 직접 사상 단점 보완한 것으로 주기억장치의 블록을 캐시기억장치의 어느 라인이든 적재할 수 있는 사상 기법

-연관 사상(Associative Mapping) or 완전 연관 사상(Fully Associative Mapping)

나. 연관 사상 기법 특징 및 장단점

특징 – 효율성 : 메모리 블록 적재 시 캐시 라인이 정해지지 않음
장점 – 신규 적재 시 캐시 라인 선택 자유, 적중률 향상
단점 – H/W 구조 복잡, 구현비용 고가

 

 

Ⅱ. 연관 사상 기법 구성도, 주소형식 및 동작절차

  가. 연관 사상 기법 구성도

- 사상에서는 주기억장치의 주소 태그와 단어 데이터가 캐시기억장치에 저장되므로 캐시 단어의 크기는 주기억장치 주소태그 t와 단어당 데이터 비트 수의 합

나. 연관 사상 기법 주소형식 및 동작 과정

주소
형식		 메모리주소 형식

태그 필드 – 태그 번호

단어 필드 – 각 블록 내 단어 중 하나 구분
동작
과정		 태그 비교 -> 캐시 적중 – 메모리 블록은 캐시의 아무 블록 적재
– 태그 필드 내용 비교, 일치 시 전송

태그 비교 -> 캐시 미스 – 태그 값 불일치 시 캐시 미스 발생
– 메모리로부터 데이터 인출
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상 직접사상(Direct Mapping) 주소, 태그, 데이터 ---- 주소, 데이터
[단점]
1) 각 주기억장치 블록이 적재될 수 있는 캐쉬 슬롯이 한 개뿐이기 때문에, 그 슬롯을 공유하는 다른 볼록이 적재되는 경우에는 swap-out 됨
2) 현재 실행중인 두 개의 프로그램인 같은 슬롯을 공유하는 경우에 캐쉬 슬롯에 대한 적중률이 떨어져 슬롯 교체가 빈번하게 발생 전체적인 캐쉬 성능이 저하
-> 완전 연관 사상(Full Associative mapping)		  
토픽 이름 (중) Direct Mapping(직접사상)
분류 CA > Cache > Direct Mapping(직접사상)
키워드(암기) 직접매핑, 완전연관매핑, 세트연관매핑, LRU, LFU, FIFO, RR
성능 평가 요소(적중률, 접근시간)
암기법(해당경우) [태라단]

 

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번호 문제 회차
1 캐시(Cache) 메모리에서 주소 매핑(Mapping)방식과 교체 알고리즘1(Replacement algorithm)을 설명하시오. 114.응용 4.1
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1)직접사상기법(Direct Mapping)
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Ⅰ. 주기억장치 블록을 지정. 직접사상기법의 개요

  가. 직접 사상 기법(Direct Mapping) 개념

- 주기억장치의 블록이 캐시 기억장치의 특정 라인에만 적재 될 수 있기 때문에 캐시의 적중 여부는 그 블록이 적재될 수 있는 라인만 검사하는 사상 기법

  나. 직접 사상 기법 특징 및 장단점

특징 - 모듈로 연산 : 주기억 장치의 블록 j 가 적재될 수 있는 캐시 슬롯의 번호 i는 모듈로 연산에 의해 결정
장점 - 단순 : 사상과정이 간단(교체 알고리즘 불필요)
- 저비용 : 작은 용량의 RAM을 캐시 기억장치로 사용
단점 - 실패율 높음 (동일 라인에 적재되는 두 블록 반복접근시)

 

 

Ⅱ. 직접 사상 기법 구성도, 주소형식 및 동작절차

  가. 직접 사상 기법 구성도

  나. 직접 사상 기법 주소형식 및 동작 과정

주소
형식		 메모리 주소 형식

태그 필드 – 태그 번호

라인 필드 – 캐시 라인 중 하나를 지정

단어 필드 – 각 블록 내 단어 중 하나 구분
동작과정 캐시라인 선택 – 캐시로 메모리 주소 전달 시 s 비트의 라인번호 기반 캐시 라인 선택

태그비교 -> 캐시적중 – 선택 라인의 태그 비트와 주소 비교
– 일치 시 단어 필드 라인 내 단어 인출

태그비교 -> 캐시미스 – 라인 적재 후 주소 태그를 라인에 기록
– 해당 라인에 다른 블록 존재 시 삭제

 

 

Ⅲ. 캐시 기억장치의 단점 및 설계 시 고려요소

가. 캐시 기억장치의 단점

1) 각 주기억장치 블록이 적재될 수 있는 캐쉬 슬롯이 한 개뿐이기 때문에, 그 슬롯을 공유하는 다른 볼록이 적재되는 경우에는 swap-out 됨

2) 현재 실행중인 두 개의 프로그램인 같은 슬롯을 공유하는 경우에 캐쉬 슬롯에 대한 적중률이 떨어져 슬롯 교체가 빈번하게 발생 전체적인 캐쉬 성능이 저하 -> 완전 연관 사상(Full Associative mapping)

나. 캐시 기억장치의 설계시 고려요소

<이해 참고>

http://blog.skby.net/%EC%BA%90%EC%8B%9C-%EC%82%AC%EC%83%81mapping-%EA%B8%B0%EB%B2%95/

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