캐시를 적용한 CPU 성능이제 캐시를 적용했을 때 CPU의 성능 (실행 시간)을 한번 생각해보기로 하자. 먼저 CPU의 실행시간은 (명령어의 개수) * (CPI) * (주기) 로 구할 수 있었다.이때 명령어의 개수 * CPI 는 결국 프로그램을 실행하는 과정에서 요구하는 총 cycle 수로 볼 수 있으므로CPU의 실행시간은 (clock cycle) * (주기) 라고 할 수 있다. 이때 clock cycle 을 CPU에서 명령어를 실행시키는데 필요한 cycle 과, 메모리를 접근하는데 시간이 오래 걸려서 CPU가 stall 하는 cycle 로 구분해서 생각해보자. 이때, 만약 캐시 Hit 가 발생하면 이때는 추가적인 CPU cycle이 필요하지 않다고 해보자.(즉, 캐시 Hit 가 발생하면 MEM sta..
IP - Internet ProtocolIP는 인터넷에서 제일 중요한 프로토콜이다.IP가 없으면 인터넷 동작을 할 수가 없기 때문이다내가 아무리 엔드시스템에서 기가 막힌 인터넷 어플리케이션을 만들었다고 하더라도, IP가 없으면 (IP에 의존하지 않으면) 상대방 컴퓨터와 통신을 할 방법이 아예없다. 반대로, 데이터링크 계층에 새로운 기술을 개발했고, 이 기술이 이더넷보다 훨씬 훌륭하다고 생각한다고 해보자.그런데 이 기술을 이용해서 돈을 벌려면 이 기술을 사용한 장치가 인터넷에 연결이 되어야 한다.인터넷은 플랫폼이기 때문이다.따라서 IP가 없어서 대문자 I의 인터넷에 연결될 수 없다면 이 기술은 무용지물이다.IP는 여러 데이터링크 계층 기술과 인터넷이 붙을 수있도록 해주는 접착제 역할을 해준다. 따라서 IP..
기본적인 캐시 동작 컴퓨터가 크게 위 그림과 같은 구조로 되어있다고 생각해보자. 이때 프로세서를 확대하면 위 그림과 같이 확대할 수 있다.하나의 캐시 블록(캐시 라인)은 한번에 4개 워드를 관리한다. 또 메모리는 위와 같이 확대한다고 해보자.녹색칸마다 4byte씩 주소가 증가하므로, 녹색 1칸은 4byte 크기를 갖는다는 것을 알 수 있다. 이때 CPU가 0x0004 위치에 있는 명령어를 읽는다고 해보자.그러면 CPU는 먼저 캐시를 살펴본다.현재 캐시에는 아무런 데이터가 없으므로 캐시는 메모리로부터 데이터를 갖고 온다.이때 캐시는 정말 필요한 데이터 딱 하나만 가져오는게 아니라, 미리 정의한 블록(라인) 크기 단위로 데이터를 갖고 온다.(위 메모리 그림에서 주황색 영역이 블록 영역이다.) 그러면 위 그..
캐시의 필요성만약 저장 공간도 크면서 동시에 읽고 쓰는 속도가 빠른 메모리가 있다면 정말 좋은 일일 것이다.하지만 아쉽게도 현실에는 그런 메모리가 존재하지 않는다.큰 메모리는 작은 메모리에 비해 비교적 느리기 때문에, 무한히 크면서 무한히 빠른 메모리는 못 만들고 있다. 그래서 우리는 이렇게 메모리 계층을 나누어 이용하였다.이렇게 피라미드 쌓듯이 다양한 종류의 메모리를 나누어 사용함으로써 마치 크고 빠른 메모리를 사용하고 있다는 착각을 하게 만드는 것이다. 캐시의 필요성을 정리하기에 앞서, 먼저 무어의 법칙을 살펴보자.무어의 법칙은 정말 이론적으로 증명된 법칙이라기보다, 인텔의 창립자인 무어라는 사람이 한 예측인데, 이 예측이 워낙 잘 들어맞아서 법칙이라고 부르게 되었다. 무어의 법칙은 1980년의 D..
Single Cycle MIPS 의 성능을 측정할 때, 간단하게 CPU 성능만 측정했던 내용을 복기해보자. CPU Time = 명령어 개수 x CPI x Clock Cycle Time = inst x CPI / f 실행시간은 많은 요인들에 의해 결정이 되지만, 간단하게 CPU의 실행시간만 생각하고 위와 같이 계산할 수 있었다. 이 내용을 Pipelined MIPS에 적용해보자.CPU가 어떤 프로그램을 실행시키는데 1000억개의 명령어를 실행해야 한다면, 이 프로그램의 실행 시간은 얼마가 나올까? 우선 이상적으로는 CPI는 1에 수렴할 것이다.왜냐하면 첫번째 명령어를 실행하는데 5 클럭 사이클이 걸렸다고 하면, 그 다음 명령어는 6번째 클럭 사이클에 실행이 완료되고, 그 다음 명령어는 7번째 클럭사이클에 ..
라우터이번 글에서는 라우터의 동작에 대해 정리해보려고 한다.라우터는 일종의 컴퓨터이다.라우터에도 OS가 들어가고, 여러 보드가 들어가있다. 라우터의 아키텍처는 위와 같이 되어있다.라인카드로 된 인풋 포트와 아웃풋 포트가 앞단에서 패킷을 받거나 보내고, 라우터는 여러 네트워크와 연결이 되어있으므로 그 중간에 인터페이스가 필요한데, 인터페이스 자체가 컴퓨터이면서 그 안에 여러 컴퓨팅 보드가 존재하는 것이다.이때 지금 그림에서는 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 표현하여 input port, output port 를 구분했지만, 이는 방향에 따라 구분되는 것이지 실제로 각 라인카드가 input port, output port 의 역할을 정적으로 수행하는 것은 아니다.방향만 반대로 바꾸면 얼마든지 서로의 역할이 바뀔 수..
Control Hazard 제어 해저드는 분기를 할 때, 분기 여부의 결정을 MEM 단계에서 결정하게 되므로 MEM 단계 이후에 fetch 하는 명령어 이전까지의 명령어들을 모두 실행할 수 없게 되는 (실행하면 안되는) 해저드를 말한다. 지금 회로를 설계할 때는 branch prediction을 항상 하고 있다고 생각하고 회로를 고쳐볼 것이다.이때 예측하는 방식은 not taken 할 것이라고 예측한다고 하자.만약 not taken을 예측하고 있는데, taken 하게 된다면 그 사이에 fetch 해서 실행중이던 명령어는 모두 flush 처리할 것이다. 위 그림에서 beq명령어가 실행되는 시점의 PC 값은 40이고, MEM 단계까지 가고나면 분기 여부와 이때의 주소값을 알 수 있게 된다.그리고 WB 단계를..
Data Hazard 우선 Forwarding 이 적용되지 않은 상황에서 그냥 pipeline MIPS 회로에 그대로 위와 같은 과정으로 명령어를 실행한다고 해보자.그럼 클럭 사이클 (CC) 이 지나갈 때 회로의 흐름이 위와 같이 나타난다.그런데 첫번째 명령어인 sub의 결과로 $2 레지스터에 값이 쓰이는데, 그 다음 명령어는 곧바로 $2 레지스터의 값을 이용해 연산을 한다.즉, 데이터 의존성이 존재하는 것이다. 먼저 명령어의 흐름을 가로축으로 보았을 때, sub 명령어에 기존에는 10이라는 값이 있었고, sub 연산 결과 -20이 저장된다고 하자.그러면 WB 단계 전까지 Reg 에는 10 이 저장되어 있다가, Write Back 이 되는 전반부 쓰기 동작 이후에는 -20이 저장될 것이다. 이번엔 명령어..
Group모든 평면 투영 변환의 집합들은 그룹을 형성한다.그리고 각각의 그룹에는 특별한 케이스들이 있다.이제 다양한 특별한 케이스 (특별한 평면 투영 변환) 을 정리한다. 우선 group은 아래와 같은 특성을 갖는다. 1. 특정 그룹에 속하는 a, b 에 대해서, a와 b를 연산현 결과도 그 그룹 안에 속한다.이를 '닫혀있다' 라고 표현한다. 2. 연산 순서에 영향을 받지 않아야 한다. (associative 하다고 한다.) 3. identity element를 가져야 한다.identity element는 이 element와 다른 element를 연산했을 때, 그 다른 element가 그대로 나오도록 하는 element를 말한다. 4. 특정 group 안에 있는 모든 element에 대해, 그들의 inv..
개요네트워크 계층에 대한 내용은 크게 data plane 과 control plane으로 구분된다.data plane은 라우터 내에서 지역적으로 일어나는 일을 다루고, control plane은 네트워크 전반적으로 일어나는 일을 다룬다. 우선 data plane을 먼저 정리하려고 한다.data plane에서는 라우터의 input port, output port 그리고 그 사이에 흘러가는 데이터 흐름, IP 프로토콜에 대해 정리한다.또 Generalized Forwarding, SDN 에 대해서, 여러 중간 장치인 Middlebox에 대해서도 정리한다. 이 그림에서 3계층에 대한 이야기를 하기 시작하면, 이제 Network Core에 대한 이야기를 같이 하게 된다.(라우터가 보통 3계층 스위치 장비로서 사..
