컴활 1급 필기 Ch1 아홉 번째 단원, 기억장치 계층임. CPU 안의 레지스터부터 외장 HDD까지 기억장치들이 피라미드처럼 5단으로 쌓여 있다는 개념인데, 순서와 속도·용량의 반비례 관계가 매년 시험에 나옴. 표 한 장만 외우면 끝남.
왜 한 종류만 안 쓰고 5단으로 나누나
이상적인 메모리는 빠르고 용량 크고 싸고 비휘발성 이어야 하는데, 그런 메모리는 없음. 빠르면 비싸고(SRAM), 싸면 느리고(HDD), 비휘발성은 쓰기가 느림(플래시). 그래서 속도와 가격의 트레이드오프를 해결하기 위해 자주 쓰는 데이터는 빠른 메모리에, 가끔 쓰는 데이터는 느린 메모리에 두는 식으로 계층을 나눔.
5단 피라미드 -- 위에서 아래로
위로 갈수록 빠르고 비싸고 작음. 아래로 갈수록 느리고 싸고 큼.
빠른 순으로 외우는 멘트는 레지스터 < 캐시 < RAM < SSD < HDD. 위로 갈수록 접근 시간이 짧음. 사람이 체감 못 하는 차이라 추상적인데, 시간 단위 비교해보면 수십 배~수십만 배 차이가 남.
시간 단위 비교
- 레지스터: 1 ns (나노초)
- 캐시 L1: 1 ns
- RAM: 100 ns
- SSD: 100 μs (마이크로초) → RAM의 약 1,000배 느림
- HDD: 10 ms (밀리초) → RAM의 약 100,000배 느림
핵심: 레지스터·캐시는 ns, RAM은 100 ns, SSD는 μs, HDD는 ms 단위.
캐시 적중률 -- 계층의 핵심 지표
기억장치 계층이 잘 동작하는지 보는 핵심 지표가 캐시 적중률(hit rate)임. CPU가 데이터를 찾을 때 캐시에 있으면 hit(적중), 없어서 RAM까지 가야 하면 miss(실패).
적중률이 90% 이상이면 보통 좋은 상태이고, CPU가 느린 RAM 접근 횟수가 줄어들어 전체 속도가 빨라짐. 캐시 적중률을 올리는 게 CPU 설계에서 핵심 기술.
가상 메모리 -- RAM이 부족할 때
RAM이 부족하면 OS가 디스크의 일부를 RAM처럼 빌려 쓰는 기법이 가상 메모리(Virtual Memory)임. Windows에선 페이지 파일, Linux에선 스왑이라고 부름.
가상 메모리 덕에 4 GB RAM 으로도 8 GB짜리 프로그램을 실행할 수 있지만, 디스크는 RAM보다 1,000배 느리므로 성능이 크게 떨어짐. 그래서 RAM이 부족하면 컴퓨터가 갑자기 버벅이는 게 가상 메모리 페이징 때문임.
- 페이지(page): 가상 메모리의 데이터 묶음 단위
- 페이지 폴트(page fault): 필요한 페이지가 RAM에 없어서 디스크에서 가져와야 하는 상황
- 페이지 폴트가 잦으면 스래싱(thrashing) -- 컴퓨터가 디스크 읽기·쓰기에만 매달려서 작업이 거의 안 됨
자주 나오는 시험 함정
1. 계층 순서
- "RAM이 캐시보다 빠르다" → X. 캐시가 빠름.
- "SSD가 RAM보다 빠르다" → X. RAM이 훨씬 빠름.
- "HDD가 SSD보다 빠르다" → X. SSD가 빠름.
2. 시간 단위
- "RAM 접근 시간은 ms" → X. RAM은 ns. ms는 HDD.
- "SSD는 ns 단위" → X. μs 단위.
3. 용량 vs 속도
- "위로 갈수록 용량이 크다" → X. 위로 갈수록 작음 (레지스터가 가장 작음).
- "캐시는 RAM보다 용량이 크다" → X. 캐시 < RAM.
4. 가상 메모리
- "가상 메모리는 RAM 자체의 일종" → X. 디스크의 일부를 RAM처럼 빌려 쓰는 기법.
- "가상 메모리가 활성화되면 속도가 빨라진다" → X. 디스크가 느려서 성능 저하 가 일어남.
한눈에 정리
기출 패턴 풀어보기 3선
5개년 기출 출제 패턴(계층 순서, 매체별 시간 단위, 가상 메모리)을 바탕으로 만든 변형 문제임.
Q1. 기억장치 계층 순서 · 난이도 ★☆☆ (하)
다음 중 기억장치를 빠른 순서대로 바르게 나열한 것은?
① 레지스터 → 캐시 → RAM → SSD → HDD
② RAM → 레지스터 → 캐시 → HDD → SSD
③ HDD → SSD → RAM → 캐시 → 레지스터
④ 캐시 → 레지스터 → SSD → RAM → HDD
Q2. 매체별 시간 단위 · 난이도 ★★☆ (중)
다음 중 매체와 접근 시간 단위의 연결이 옳지 않은 것은?
① 레지스터 -- ns 단위
② RAM -- ns 단위
③ SSD -- ns 단위
④ HDD -- ms 단위
Q3. 가상 메모리 · 난이도 ★★★ (상)
다음 중 가상 메모리에 대한 설명으로 옳은 것은?
① RAM 자체의 일종이다.
② 활성화되면 컴퓨터 속도가 빨라진다.
③ 디스크의 일부를 RAM처럼 빌려 쓰는 기법이다.
④ 페이지 폴트가 자주 발생하면 성능이 향상된다.
💡 답을 보기 전에 먼저 풀어보세요. 정답·해설은 글 맨 아래에 있음.
✅ 정답 · 해설
Q1 정답 : ①
보기별 해설
- ① 레지스터 → 캐시 → RAM → SSD → HDD ✓ 정답
- ② RAM이 캐시보다 먼저 ✗ 캐시가 더 빠름
- ③ HDD가 가장 빠름 ✗ 거꾸로(가장 느림)
- ④ 캐시가 레지스터보다 먼저 ✗ 레지스터가 더 빠름
출제 경향 — 5단 순서를 거꾸로 또는 중간을 뒤바꿔서 나오는 함정. 레지스터 < 캐시 < RAM < SSD < HDD 한 줄로 외우면 끝. 위로 갈수록 빠르고 용량 작음.
→ 본문 § 5단 피라미드 다시 보기
Q2 정답 : ③
보기별 해설
- ① 레지스터 ns ✓ < 1 ns
- ② RAM ns ✓ ~100 ns
- ③ SSD ns ✗ SSD는 μs(마이크로초) 단위 (~100 μs). ns는 캐시·RAM
- ④ HDD ms ✓ ~10 ms
출제 경향 — 매체와 시간 단위 매칭 함정. 레지스터·캐시·RAM = ns / SSD = μs / HDD = ms 세 그룹으로 묶어서 외우면 됨.
→ 본문 § 5단 피라미드 다시 보기
Q3 정답 : ③
보기별 해설
- ① RAM 자체의 일종 ✗ 가상 메모리는 RAM이 아닌 디스크의 일부를 빌려 쓰는 것
- ② 활성화되면 빨라진다 ✗ 디스크가 RAM보다 1,000배 느려서 성능 저하
- ③ 디스크 일부를 RAM처럼 빌림 ✓ 정의
- ④ 페이지 폴트 자주 = 성능 향상 ✗ 반대. 페이지 폴트 자주 = 스래싱 = 성능 급락
출제 경향 — 가상 메모리의 본질(디스크 빌리기)과 페이지 폴트 의미를 헷갈리게 하는 함정. RAM이 부족할 때만 작동하고, 자주 발생하면 컴퓨터가 버벅인다 두 줄로 외우면 됨.
→ 본문 § 가상 메모리 -- RAM이 부족할 때 다시 보기
다음 글: [Ch1-10] 입출력 장치와 인터페이스 -- USB·DMA·인터럽트를 정리함.
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