[메모리와 캐시 메모리] 메모리의 주소 공간

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CPU와 실행 중인 프로그램은 현재 메모리 몇 번지에 무엇이 저장되어 있는지 전부 알지 못한다. 메모리에 저장된 정보는 시시각각 변하기 때문이다. 심지어 같은 프로그램을 실행하더라도 실행할 때마다 적재되는 주소는 달라질 수 있다.

메모리의 주소 공간 2️⃣

1. 논리 주소

• CPU, 실행 중인 프로그램이 사용하는 주소
• 실행 중인 프로그램 각각에게 부여된 0번지부터 시작되는 주소이다. 즉 프로그램마다 같은 논리 주소가 존재할 수 있다.

2. 물리 주소

• 메모리가 사용하는 주소
• 정보가 실제로 저장된 메모리 하드웨어상의 주소

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논리 주소는 물리 주소로 변환되어야 한다.

• 논리 주소와 물리 주소간의 변환은 CPU와 주소 버스 사이에 위치한 메모리 관리 장치(MMU) 하드웨어에 의해 수행된다.

MMU(Memory Management Unit)

• CPU가 발생시킨 논리 주소에 베이스 레지스터 값을 더하여 물리 주소로 변환한다.
  • 논리 주소: 프로그램의 시작점으로부터 떨어진 거리
  • 베이스 레지스터: 프로그램의 첫 물리 주소

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메모리 보호 기법

• 다른 프로그램의 영역을 침범할 수 있는 명령어는 위험하기 때문에 논리 주소 범위를 벗어나는 명령어 실행을 방지하고 실행 중인 프로그램이 다른 프로그램에 영향을 받지 않도록 보호하는 방법이다.
• 한계 레지스터가 담당한다.
  • 논리 주소의 최대 크기를 저장한다.
  • 베이스 레지스터 값 <= 물리 주소 범위(한계 레지스터) <= 베이스 레지스터 값 + 한계 레지스터 값
• CPU가 접근하려는 논리 주소는 한계 레지스터가 저장한 값보다 커서는 안된다. 그래서 CPU는 메모리에 접근하기 전에 접근하고자 하는 논리 주소가 한계 레지스터보다 작은지를 항상 검사한다.
  • 만약 CPU가 한계 레지스터보다 높은 논리 주소에 접근하려고 하면 인터럽트(트랩)을 발생시켜 실행을 중단한다.