[문제해설] 캐시와 주기억장치로 구성된 컴퓨터에서 주기억장치의 접근 시간이 200ns, 캐시 적중률이 0.9, 평균 접근시간이 30ns일 때 캐시 메모리의 접근 시간은?

전자계산기조직응용기사 필기 기출문제(3과목 전자계산기구조-캐시 메모리)

---

캐시와 주기억장치로 구성된 컴퓨터에서 주기억장치의 접근 시간이 200ns, 캐시 적중률이 0.9, 평균 접근시간이 30ns일 때 캐시 메모리의 접근 시간은?

 

① 9ns             ② 10ns

③ 11ns           ④ 12ns

 

---

- 문제해설 -

먼저 CPU, 주기억장치(main memory), 캐시 메모리(cache memory)의 구성도를 살펴보겠습니다.

CPU, 주기억장치, 캐시메모리 구성도

CPU가 데이터를 찾을 때는 우선 캐시메모리를 검색합니다.

이때 처음 캐시메모리를 검색했을 때, 필요한 데이터를 찾게 되는 것을 hit라고 합니다.

캐시 메모리를 탐색을 했지만, 데이터가 없으면 주기억장치(main memory)를 탐색하게 됩니다. 이를 miss라고 합니다.

이러한 hit값과 miss값을 이용하하여 나타낸 캐시 메모리의 성능을 히트율(Hit ratio;적중율이라고도 합니다.)이라고 하고, 그 공식은 다음과 같습니다.

위 공식으로 적중율은 쉽게 구할 수 있지만, 문제에서 묻는 것은 접근 시간입니다.

접근시간은 총접근하는 동안 걸린 시간을 말하고, 다음과 같은 공식을 상식적으로 유추할 수 있습니다.

 

접근 시간 = 평균 접근시간 × 접근횟수

 

개인적으로 공식 만드는 것을 싫어하지만, 깔끔하게 보이기 위해 다음처럼 정의하겠습니다.

① : 캐시 접근 시간,           cacheNum : 캐시접근 횟수

② : 주기억장치 접근시간,    mainNum : 주기억장치 접근 횟수

으로 정의하였을때,

 

접근시간(평균 접근시간 × 접근횟수) = ①×cacheNum + ②×mainNum

 

그럼 이제 ①(캐시 접근시간)을 구하기 위해 접근 횟수를 구해야 될텐데요,

여기서 많은 학습자들이 착각을 하게 되는 것이 '캐시접근 횟수 = hit'라고 착각하는 것입니다. 

 

hit는 CPU가 데이터를 찾기위해 캐시에 접근하여 검색에 성공한 것을 말합니다.

하지만, miss는 CPU가 캐시를 접근한 후, 실패해서 주기억장치로 접근하는것입니다. 즉, 캐시 접근횟수와 주기억장치 접근횟수가 둘가 1 증가합니다.

그래서 hit가 9이고, miss가 1이라면 총접근시간은 10, 캐시접근횟수도 10, 주기억장치 접근횟수는 1이 되는 것입니다.

그럼 문제에서 주어진, 주기억장치 접근 시간(200ns)과 평균 접근시간(30ns)를 대입하여 식을 세우면,

 

접근시간(평균 접근시간 × 접근횟수) = ①×cacheNum + ②×mainNum

30ns × 10회 = ① × 10회 + 200ns × 1회

300 - 200 =  ① × 10회 

① × 10회 = 100

① = 10

 

이렇게 캐시 메모리의 접근 시간은 10이 되고, 정답은 2번입니다.

 

 

https://youtube.com/playlist?list=PLboXycXmAIDuukQ2A6EvMZI-x1IMy3Xc-

전자계산기조직응용기사 필기