정보처리 기능사 - 캐시 메모리(Cache Memory)

1. 캐시 메모리(Cache Memory)란?

✔ CPU와 주기억장치(RAM) 간의 속도 차이를 줄이기 위한 초고속 메모리
✔ RAM보다 빠르며, CPU와 가까운 곳에 위치
✔ 자주 사용되는 데이터 및 명령어를 저장하여 CPU의 성능 향상
✔ SRAM(Static RAM)으로 제작되어 속도가 빠름

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2. 캐시 메모리의 특징

✔ 고속 메모리: RAM보다 빠른 속도로 CPU에 데이터를 제공
✔ 작은 용량: RAM보다 크기는 작지만, 속도가 빠름
✔ 휘발성(Volatile): 전원이 꺼지면 저장된 데이터가 삭제됨
✔ SRAM(정적 RAM) 사용: DRAM보다 빠르지만, 가격이 비싸고 용량이 적음
✔ CPU 내부에 위치: 최근 CPU는 L1, L2, L3 캐시를 포함

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3. 캐시 메모리의 작동 원리

1️⃣ CPU가 데이터를 요청하면 먼저 캐시 메모리를 검색(Cache Hit 확인)
2️⃣ 캐시에 데이터가 있으면(CACHE HIT), RAM을 거치지 않고 바로 사용
3️⃣ 캐시에 데이터가 없으면(CACHE MISS), RAM에서 데이터를 불러오고, 캐시에 저장
4️⃣ 자주 사용하는 데이터는 캐시에 남고, 오래된 데이터는 삭제됨

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4. 캐시 메모리의 계층 구조

✅ L1 캐시 (Level 1 Cache)

• CPU 내부에 위치
• 가장 빠르지만 용량이 작음 (수십 KB~수백 KB)

✅ L2 캐시 (Level 2 Cache)

• CPU 내부 또는 외부에 위치
• L1보다 크고 속도는 다소 느림 (수백 KB~몇 MB)

✅ L3 캐시 (Level 3 Cache)

• CPU 코어들이 공유하는 캐시 메모리
• L1, L2보다 느리지만, 용량이 큼 (몇 MB~수십 MB)

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5. 캐시 메모리의 장단점

✔ 장점

• RAM보다 속도가 빠르므로 CPU 성능 향상
• 자주 사용하는 데이터를 빠르게 접근 가능

✔ 단점

• 비싸고 용량이 작음
• 휘발성 메모리라서 전원이 꺼지면 데이터 삭제

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6. 정보처리 기능사 기출 문제

문제 1: 캐시 메모리의 역할

다음 중 **캐시 메모리(Cache Memory)**의 역할로 올바른 것은?
① 보조기억장치에서 데이터를 저장하는 역할
② CPU와 RAM 간 속도 차이를 줄여 성능을 향상시키는 역할
③ 데이터를 영구적으로 저장하는 역할
④ RAM의 속도를 낮추는 역할

🔹 정답: ②
🔹 해설: 캐시 메모리는 CPU와 RAM 간 속도 차이를 줄여 CPU 성능을 높이는 역할을 한다.

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문제 2: 캐시 메모리의 특징

다음 중 캐시 메모리의 특징으로 올바른 것은?
① RAM보다 속도가 느리다.
② 전원이 꺼져도 데이터가 유지된다.
③ 자주 사용하는 데이터를 저장하여 CPU의 처리 속도를 높인다.
④ 보조기억장치와 직접 연결되어 있다.

🔹 정답: ③
🔹 해설: 캐시 메모리는 자주 사용하는 데이터를 저장하여 CPU가 빠르게 접근할 수 있도록 도와준다.

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문제 3: 캐시 메모리 계층 구조

캐시 메모리는 성능 향상을 위해 L1, L2, L3 캐시로 구분된다.
다음 중 가장 빠르지만 용량이 작은 캐시는?
① L1 캐시
② L2 캐시
③ L3 캐시
④ RAM

🔹 정답: ①
🔹 해설: L1 캐시는 CPU 내부에 있으며, 가장 빠르지만 용량이 가장 작다.

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문제 4: 캐시 히트(Cache Hit)와 캐시 미스(Cache Miss)

다음 중 **캐시 히트(Cache Hit)**에 대한 설명으로 적절한 것은?
① 캐시 메모리에서 원하는 데이터를 찾지 못해 RAM에서 가져오는 경우
② CPU가 요청한 데이터가 캐시 메모리에 존재하여 빠르게 접근하는 경우
③ 캐시 메모리에 저장된 데이터가 손실되는 경우
④ 캐시 메모리가 동작하지 않는 경우

🔹 정답: ②
🔹 해설: **캐시 히트(Cache Hit)**란 CPU가 요청한 데이터가 캐시 메모리에 존재하여 빠르게 접근할 수 있는 경우를 의미한다.

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문제 5: 캐시 메모리의 장점

캐시 메모리가 존재할 때 발생하는 이점으로 옳지 않은 것은?
① CPU의 성능을 향상시킨다.
② 자주 사용하는 데이터를 빠르게 가져올 수 있다.
③ 데이터가 보조기억장치(HDD)에 직접 저장된다.
④ RAM보다 속도가 빠르다.

🔹 정답: ③
🔹 해설: 캐시 메모리는 보조기억장치(HDD, SSD)와 직접 연결되지 않으며, CPU와 RAM 간 속도를 조정하는 역할을 한다.

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7. 요약 정리

✔ **캐시 메모리(Cache Memory)**는 CPU와 RAM 간 속도 차이를 줄이기 위해 사용됨.
✔ RAM보다 빠르지만 용량이 작고 비싸며, 휘발성(Volatile) 메모리.
✔ CPU 내부에 L1, L2, L3 캐시가 존재하며, L1이 가장 빠르고, L3가 가장 큼.
✔ 자주 사용하는 데이터를 저장하여 CPU가 빠르게 접근할 수 있도록 도와줌.
✔ 캐시 히트(Cache Hit)와 캐시 미스(Cache Miss) 개념을 이해해야 함.