메모리(Memory) 란?

CPU가 연산하기 위한 프로그램을 일시적으로 저장하는 공간

• 메모리란 원래 컴퓨터 시스템에 무언가를 저장하는 공간 (RAM, ROM의 마지막 글자는 Memory의 약자)

Hardware 반도체 소자분야에서는 크게 휘발성인 RAM과 비휘발성인 ROM으로 나뉘고 SW 입장에서는 크게 CPU 캐시메모리 / CPU 레지스터(SRAM), 주기억장치(DRAM == 메모리), 디스크(SSD), 롬(ROM, 모니터 마우스 키보드 통신을 위한 BIOS), swap 메모리, 가상메모리, 플래시메모리(휴대저장장치인 USB메모리) 등이 있음

메모리(DRAM)의 특징

• 순차접근이 아닌 임의접근(Random Access) 방식으로 동작함
• DRAM 내부의 Capacitor 에 저장되는 전하는 빠르게 방전되기 때문에, 전력이 유지되지 않으면 데이터가 사라지는 휘발성 메모리임
• CPU 가 디스크(SSD) 에서 데이터 처리속도를 기다리게 되는 병목현상을 해결해주는 빠른속도의 데이터 처리 중간지점 역할

MMU(Memory Management Unit) 란?

• 메모리 보호나 캐시 관리 등 CPU가 메모리에 접근하는 것(논리주소 → 물리주소)을 총 관리해주는 하드웨어
• 사용자에게 더 많은 메모리 공간을 제공하기 위해, 프로그램 상에서 사용자가 보는 주소 공간인 가상 주소에서 실제 데이터가 담겨 있는 곳에 접근하기 위해선 빠른 주소 변환을 도와줌

MMU가 지원되지 않으면, Physical Address를 직접 접근해야 하기 때문에 부담이 있다. → MMU는 사용자가 기억장소를 일일이 할당해야 하는 불편을 없애준다. → 프로세스의 크기가 실제 메모리의 용량을 초과해도 실행될 수 있게 해준다.

MMU의 메모리 보호 방식

프로세스는 독립적인 메모리 공간을 가져야 하고, 자신의 공간만 접근해야 한다. 따라서 MMU는 한 프로세스에게 합법적인 주소 영역을 설정하고, 잘못된 접근이 오면 trap을 발생시키며 보호한다.

base와 limit 레지스터를 활용한 메모리 보호 기법

• base 레지스터 : 메모리상의 프로세스 시작주소를 물리 주소로 저장
• limit 레지스터 : 프로세스의 사이즈를 저장

P.S. 레지스터란? 프로세서가 바로 사용할 수 있는 데이터를 담고 있는 영역

프로세스의 접근 가능한 합법적인 메모리 영역(x)은 base <= x < base+limit 이 된다. 따라서 이 영역 밖에서 접근을 요구하면 trap 을 발생시킨다. 또한 안전성을 위해 base와 limit 레지스터는 사용자 모드에서는 직접 변경할 수 없도록 커널 모드에서만 수정 가능하도록 설계되었다.