컴퓨터 구조와 관련하여 CPU, RAM, 저장장치의 역할과 상호 작용에 대해 설명해주세요.

컴퓨터 구조와 관련하여 CPU, RAM, 저장장치의 역할과 상호 작용에 대해 설명해주세요.

CPU는 연산한 기능을 가지고 있으며, 연산할떄 메모리에 올라와 있어야 코드를 읽을수 있다.

    - 주기억 장치는 메모리
    - 보조기억 장치는 하드디스크 
    - 보조기억장치에서 읽어와 메모리로 올리는 개념

• 캐시 메모리의 개념과 종류, 역할에 대해 설명해주세요.

  • 속도가 빠른 장치와 느린 장치에서 속도 차이에 따른 병목 현상을 줄이기 위한 범용 메모리를 말한다.

  • 캐시 메모리는 메인 메모리에서 자주 사용하는 프로그램과 데이터를 저장해두어 속도를 빠르게 한다.

  • 이를 위해 CPU가 어떤 데이터를 원하는지 어느정도 예측해야하는데 이를 지역성이라고 한다

    • 캐시의 지역성
      • 공간 지역성: 최근에 사용했던 데이터와 인접한 데이터가 참조될 가능성이 높다는 특성
      • 시간 지역성: 최근에 사용했던 데이터가 재참조될 가능성이 높은 특성

  • 구조 및 방식

    • Direct Mapping: 직접 매핑으로, 메인 메로리를 일정한 크기의 블록으로 나누어 각각의 블록을 캐시의 정해진 위치에 매핑하는 방식이다.
      동일한 캐시 메미로에 할당된 여러 데이터를 사용할떄 충돌이 발생하는 단점
    • Full Associative Mapping: 캐시 메모리를 빈공간에 마음대로 주소를 저장하는 방식이다.
      원하는 데이터가 어디있는지 병렬적으로 검사해야 해 비용이 높다는 단점
    • Set Associative Mapping: 위 두개의 장점을 결합한 방식이다. 빈공간에 마음대로 주소를 저장하되, 미리 정해둔 특정 행에만 저장하는 방식

  • 캐시 미스

    • Cold miss: 해당 메모르 주소를 처음 접근할떄 발생하는 cache miss 이다.
    • Capacity miss: 캐시 메모리 공간이 부족할때 발생하는 cache miss 이다.
    • conflict miss: A 와 B를 캐시 메모리에 저장해야하는데, A 와 B를 같은 캐시 메모리 주소에 할당되어 있느서 발생하는 cache miss 이다.

• CPU 아키텍처의 종류(예: ARM, x86)와 특징에 대해 설명해주세요.

  • 명령어 세트의 차이

    • x86은 CISC(Complex Instruction Set Computing) 명령어 세트 사용
      이는 명령어의 길이와 복잡성이 높아 명령어 해석이 복잡하고 많은 하드웨어 리소스 필요
      • ARM은 RISC(Reduced Instruction Set Computing) 명령어 세트 사용
        이는 단순하고 일관성 있으며 빠르게 명령어를 처리가능하고, 하드웨어 리소스를 적게 사용

  • 에뮬레이션

    • x86은 오랫동안 사용되어 있기에 많은 프로그램들이 해당 아키텍쳐록 구현되어있다. ARM 은 X86 프로그램을 실행하기 위해서는 에뮬레이션을 해야한다. 이는 프로그램 실행 속도가 느려지고, 하드웨어 리소스를 많이 사용한다.

  • 에너지 효율성

    • ARM 아키텍쳐는 에너지 효율성이 좋다.

  • 결론: ARM은 모바일기기, IoT 등에 사용되고, X86은 범용성이 좋기에 서버, 개인용 컴퓨터에 사용된다.

      M1이 빌드가 빠른 이유는 arm 아키텍쳐를 사용하고 있기에, 에뮬레이션 작업이 없어서 빠른것인것 같다.

• iOS 기기에서 사용되는 AP(Application Processor)의 특징과 역할에 대해 설명해주세요.

  • 모바일 분야의 핵심이 되는 반도체 칩이다. AP는 컴퓨터의 CPU 기능과 메모리, 그래픽카드, 저장장치 등 기타장비의 연결을 제어하는 칩셋의 기능을 모두 포함하고 있는 System in Chip(SoC)이다.
  • CPU가 아닌 AP(SoC)라고 불리는 이유는 단일 칩 시스템을 말하기 때문이다. 보통 CPU와 시스템버스에 연결되는 주변 장치들이 단일 칩으로 통합되어 있기 떄문이다.
    • 배터리 수명
    • 속도와 반응성
    • 열 관리
    • 기기 간의 변동성
    • 사용자 참여도의 영향