캐시 메모리의 관리시스템 및 방법 document_id A220623043877

새로운 컴퓨터 시스템들의 발명 때문에, 보다 빠른 처리 및 보다 빠른 시스템에 대한 경쟁이 항상 있어왔다. 보다 빠른 처리는 클록 속도의 폭발적인 증가에 의해서 이루어져 왔다. 자연적으로, 데이터와 명령의 양도 마찬가지로 급속도로 증가 되었다. 컴퓨터 시스템에는 데이터 명령을 저장하는 ROM(읽기 전용 메모리)와 같은 기억장치와, DRAM과 같은 버스트(BURST)를 기반으로 하는 기억장치가 비약적으로 용량이 높아졌다. 구조적으로, 큰 메모리 공간은 심층적이고, 메모리내에서 프로세서가 데이터와 명령을 액세스 하는 것을 느리게 할 수 있다. 이러한 문제 때문에 메모리 관리와 캐시 메모리의 생성 및 캐시 메모리 구조를 보다 효율적으로 할 필요가 발생하였다. 캐시 메모리는 일반적으로 얕고 넓은 기억장치로서 데이터와 데이터의 내용을 변경하기 위한 장치프로세서의 액세스를 할 수 있도록 프로세서 내부 또는 근접한 곳에 있다. 캐시 메모리 관리의 기본은 자주 사용하고, 가까운 장래에 프로세서에서 사용될 데이터와 명령의 복사를 가장 빠르게 기억할 수 있는 기억장치에 보관 하는것에 있다. 이렇게 하여 프로세서가 데이터와 명령에 액세스하는 것이 외부메모리에서 액세스하는 것보다 몇 배가 빠르게 된다. 그러나, 이러한 작업은 주의 깊게 하여야 하는데, 캐시 메모리와 외부메모리 내의 내용은 반드시 조화롭게 이루어져야 한다. 이러한 주제들은, 하드웨어 및 소프트웨어 특성에 따라 캐시 메모리 구조 및 관리하는 기술을 만들게 되었다. 언급한 바와 같이, 캐시메모리는 프로세서에서 다음에 액세스할 확률이 높은 자료와 주소를 복사하여 보완한다. 외부메모리는 보통 저항체에 데이터를 보유하고 데이터의 손실을 방지하기 위하여 저항체를 재충전시키기 위한 재입력사이클이 필요하다. 그러나 일반적인 캐시 메모리는 1비트로 표시되는 8개의 트랜지스터를 사용하므로 재입력 사이클이 필요하지 않다. 그러므로 캐시 메모리는 단위 크기가 외부메모리보다 훨씬 작은 데이터를 저장할 수 있다. 따라서 데이터와 명령을 신중하게 선택하여 캐시 운영을 최적화하여야 한다. 캐시 메모리 운영을 최적화하기 위하여 서로 다른 방식 및 프로토콜이 사용되어 왔다. 이들 중 가장 잘 알려진 방법이 직접매핑, 연관매핑, 세트연관매핑이다. 이러한 프로토콜은 사람들에게 익숙하게 알려져 있다. 이들은 데이터 프로세싱, 웹 기반 어플리케이션 등을 포함하는 연산을 일반적인 목적으로 사용한다. 포머렌(Pomerene)의 미국특허번호 4,295,193에서 이중 명령어를 통한 동시실행 명령을 위한 연산기기를 출원하였다. 이것은 캐시메모리, 주소 발생기, 명령레지스터 및 파이프 라이닝이 포함되어 있는 가장 초기의 특허이다. 마츠오(Matsuo)는 미국특허번호 4,796,175에서 메인 메모리와 명령 캐시의 형태로 선인출명령을 위한 명령 큐를 포함하는 마이크로 프로세서를 출원했다. 스틸즈(Stiles)는 미국특허번호 6,067,616에서 분기예측캐시(BPC) 형상을 하이브리드 캐시구조로 출원하였는데, 전체 연관의 넓고 얕은 제1레벨 BCP, 일부 예측정보와 함께 2차 심층적이고 좁은 매핑 레벨 BCP로 되어있다. 프랑크(Frank)는 미국특허번호 6,654,856에서 컴퓨터시스템 내의 캐시관리시스템에 대하여 출원하였는데, 여기에는 캐시메모리구조의 주소관점 순환구조가 강조되었다. 라이오(Liao)는 미국특허번호 6,681,296에서 제어유닛 과 캐시가 포함된 마이크로프로세서를 출원하였는데, 그것은 선택적인 형상을 단독 또는 고정되고 정상적인 부분으로 구획되었다. 아리밀리(Arimilli)는 미국특허번호 6,721,856에서 프로세서 액세스 시퀀스가 포함되어 있는 서로 다른 프로세서들에 대하여 서로 다른 서브엔트리를 갖는 각각의 행에 대한 일관성 상태 및 시스템 제어에 대한 캐시에 대하여 특허를 받았다. 미국특허번호 6,629,188에서는 저장공간의 1차 및 2차의 다수 캐시메모리에 대한 것이 포함되어 있다. 미국특허번호 6,339,428에서는 압축된 텍스춰(TEXTURE) 정보를 받아서 텍스춰 압축을 푸는 작동을 하는 비디오 그래픽 내에서의 캐시장치가 포함되어 있다. 미국특허번호 6,353,438에서는 텍스춰의 다수 타일과 데이터를 캐시에 직접매핑 하는 캐시조합이 포함되어 있다. 위의 발명들은 각각 특정한 장점들을 제공한다. 효율적인 캐시 구조 및 정책은 특정한 어플리케이션에 대해서 금방 사용할 수 있는 가에 따라 밀접하게 달려있다. 디지털 비디오 어플리케이션에 있어서, 고화질 실시간 디지털 영상 프로세싱은 이 분야에서의 커다란 도전중의 하나이다. 특별히 사람들은 비선형 좌표변환에 의한 상세한 2차원 영상 프로세싱을 수행하기를 원한다. 그러므로 전용 시스템 및 전문적인 시스템은 데이터의 일관성을 유지하면서 빠르게 액세스할 수 있는 특별한 장점을 필요로 한다. 따라서 이러한 어플리케이션에 대한 캐시구조 및 캐시 관리정책을 최적화하는 것이 필요하다.