[CS] MMU, TLB

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MMU(Memory Management Unit)

MMU는 일반적으로 CPU내부에 위치해 있으며, 가상 메모리 주소를 물리 메모리 주소로 변환하는 하드웨어입니다. 또한 메모리 관리와 보호를 강화하고 효율적인 메모리 접근을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

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TLB(Translation Lookaside Buffer)

TLB는 MMU의 내부에 위치해 있으며, 자주 사용하는 페이지 테이블 엔트리를 저장하여 빠르게 읽을 수 있게 해주는 캐시 하드웨어입니다.

MMU가 가상 메모리 주소를 물리 메모리 주소로 변환하는 과정에서 만약 TLB에 변환 정보가 있다면 MMU에게 바로 변환된 물리 주소를 넘겨줍니다.

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MMU의 동작 원리

 

 

MMU는 다음과 같은 방식으로 동작합니다.

1. CPU가 가상 주소를 생성하여 MMU에 전달:
   • 프로그램이 메모리에 접근할 때 CPU는 페이지 번호와 페이지 오프셋으로 구성된 가상 주소를 생성합니다.
   • CPU는 이 가상 주소를 MMU에 전달하여 물리 주소로 변환을 요청합니다.
2. MMU가 TLB를 참조하여 페이지 변환 정보 조회:
   • MMU는 가상 주소를 물리 주소로 빠르게 변환하기 위해 TLB(Translation Lookaside Buffer)를 먼저 참조합니다.
   • TLB 히트일 경우 TLB에 변환 정보가 있다면 MMU는 변환된 물리 주소를 바로 가져옵니다.
3. TLB 미스일 경우 페이지 테이블 참조:
   • TLB에 원하는 페이지의 변환 정보가 없다면, MMU는 페이지 테이블(Page Table)을 참조합니다. 이 경우를 페이지 폴트(Page Fault)라고 합니다.
   • 페이지 테이블에서 해당 가상 페이지 번호에 대응하는 물리 프레임 번호를 찾습니다.
4. 물리 주소 생성:
   • 변환된 물리 프레임 번호와 가상 주소의 페이지 오프셋을 결합하여 최종 물리 주소를 생성합니다.
5. TLB에 변환 정보 캐싱:
   • 변환된 페이지와 프레임 정보를 TLB에 저장하여, 이후에 동일한 가상 주소 접근 시 TLB를 참조하여 빠르게 변환할 수 있도록 합니다.

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