[전자계산기] 주기억 장치

한국어

<h2 id="주기억-장치">주기억 장치</h2> <p>CPU가 직접 사용할 수 있는 기억장소로 시스템 프로그램 영역과 사용자 프로그램 영역으로 나누어 사용되는 비교적 빠르고 큰 메모리를 의미</p> <ul> <li>기억 <strong>장소에 관계없이</strong> 접근 시간이 일정</li> <li>기억 소자에 대한 선택 기능이 명확</li> <li>주기억 장치의 성능은 기억 용량이 크고 사이클 타임이 빠르며, <strong>밴드 폭이 클수록</strong> 좋다</li> <li>주기억 장치의 바이트 저장 순서에는 빅-엔디안 방식과 리틀-엔디안 방식이 존재 <ul> <li> <p><strong>빅 엔디안(Big-Endinan)</strong><br /> 큰 쪽(<code class="language-plaintext highlighter-rouge">MSB</code>)이 먼저 저장되는 방식</p> <p>모토롤라 프로세서, IBM 370, RISC 기반 컴퓨터에서 사용</p> </li> <li> <p><strong>리틀 엔디안(Little-Endian)</strong><br /> 작은 쪽(<code class="language-plaintext highlighter-rouge">LSB</code>)이 먼저 저장되는 방식</p> <p>인텔 프로세서, DEC의 알파 프로세서에서 사용</p> </li> </ul> </li> </ul> <h3 id="용도">용도</h3> <ul> <li>수행 중인 프로그램을 저장하는데 사용</li> <li>수행 중인 프로그램이 사용할 데이터를 저장하는데 사용</li> <li>수행 중인 프로그램이 사용할 임시 기억 장소로 사용</li> <li>보조 기억 장치를 위한 버퍼로도 사용</li> </ul> <h3 id="버퍼-메모리buffer-memory">버퍼 메모리(Buffer Memory)</h3> <p>CPU와 주기억 장치 사이에서 데이터를 주기억 장치에서 읽어내거나, 주기억 장치에 저장하기 위해 임시로 자료를 기억시키는 <strong>캐시와 CPU와 입출력 장치 사이의 속도 차이를 줄이기 위해</strong> 주기억 장치의 일부를 사용하는 입출력 버퍼</p> <ul> <li>장치 사이의 속도 차이를 극복하기 위해 임시로 자료를 기억하는 공간</li> <li>한 번 버퍼에 기억시킨 데이터는 여러 번 사용</li> <li>버퍼 공간만큼 한 번에 많은 데이터를 이동시킬 수 있다</li> </ul> <h2 id="반도체-메모리">반도체 메모리</h2> <h3 id="ramrandom-access-memory">RAM(Random Access Memory)</h3> <p>전원 공급이 되지 않으면 기억된 정보가 사라지는 휘발성 메모리</p> <h4 id="dramdynamic-ram">DRAM(Dynamic RAM)</h4> <p>컴퓨터의 주기억 장치로 사용되는 RAM으로 <strong>콘덴서에 전하를 충전</strong>하는 형태의 원리를 이용하는 메모리이며 <strong>재충전</strong>이 필요한 메모리이다</p> <ul> <li>소비 <strong>전력이 낮고</strong> <strong>집적도가 높다</strong></li> <li><strong>속도가 떨어</strong>지지만 <strong>가격이 저렴</strong></li> </ul> <p class="notice--info"><i class="fa fa-info-circle" aria-hidden="true"></i> <strong>집적도</strong> : 한 개의 반도체 칩에 구성되어 있는 소자의 개수를 의미</p> <h4 id="sramstatic-ram">SRAM(Static RAM)</h4> <p><strong>플립플롭 형태로 구성</strong>되어 액세스 속도가 빠르며 전원이 공급되는 동안은 재충전이 필요 없는 메모리</p> <ul> <li>소비 <strong>전력이 크고</strong> <strong>집적도가 낮다</strong></li> <li><strong>속도가 빠르</strong>지만 <strong>가격이 비싸다</strong></li> <li>주로 <strong>캐시 메모리</strong>에 사용</li> </ul> <h3 id="romread-only-memory">ROM(Read Only Memory)</h3> <p><strong>비휘발성 메모리로 읽기만 가능</strong>하기 때문에 ROM의 <strong>내용을 임의로 변경할 수 없다</strong></p> <p>제어용 프로그램(마이크로 프로그램) 또는 모니터 프로그램 등을 고정시켜 사용</p> <h4 id="mask-rom">Mask ROM</h4> <p>제조 과정에서 <strong>Mask를 사용</strong>하여 논리 회로를 구현시켜 <strong>정보를 저장하는 것으로 변경시킬 수 없다</strong>. 마스크 제작비가 고가이므로 수요가 많을 경우에 사용</p> <h4 id="prom">PROM</h4> <p>논리 회로 구현을 <strong>한 번에 한해서</strong> 사용자가 PROM 프로그램 장치를 가지고 <strong>직접 입력</strong>하여 구현할 수 있는 ROM</p> <h4 id="epromuveprom">EPROM(UVEPROM)</h4> <p>논리 회로의 구현을 사용자가 <strong>여러 번 할 수 있는 ROM</strong>으로 <strong>자외선을 이용하여 지우고</strong>, 다시 PROM 프로그램 장치로 입력하여 논리 회로를 구성할 수 있다</p> <h4 id="eeprom">EEPROM</h4> <p>EAPROM이라고도 하며 <strong>사용자가 여러 번 지우고 기입</strong>할 수 있는 ROM으로 <strong>전기적</strong>으로 지우고 다시 쓸 수 있는 ROM을 의미</p> <h4 id="flash-memory">Flash Memory</h4> <p><strong>전기적</strong>으로 데이터를 지우고 다시 기록할 수 있는 <strong>비휘발성</strong> 컴퓨터 기억 장치로 EEPROM과 다르게 <strong>여러 구역으로 구성된 블록 안에서</strong> 지우고 쓸 수 있게 구성되어 있으며 EEPROM보다 <strong>비용이 저렴하다</strong></p> <ul> <li> <p>NOR형<br /> 비트 혹은 바이트 단위의 읽기 쓰기 가능. 작은 데이터의 수시 인출 및 변경 용도에 적합하다</p> <p>PC-BIOS 저장 장치, 스마트폰 OS 저장 장치</p> </li> <li> <p>NAND형<br /> 반도체 셀이 <strong>직렬</strong>로 배열되어 있는 플래시 종류<br /> 셀을 <strong>수직</strong>으로 배열하기 때문에 좁은 면적에 많은 셀을 만들 수 있어서 <strong>대용량 저장 장치로 적합</strong><br /> 블록 단위로 구성되어 있으며 블록을 <strong>지우기 전에 새로 쓸 수 없다</strong>. 또한 <strong>블록 단위로만 재기록</strong>이 가능<br /> 메모리 중에서 가장 <strong>읽기 속도가 느리다</strong>는 단점이 존재</p> </li> </ul> <h4 id="hybrid-drive">Hybrid Drive</h4> <p>저장된 내용이 사라지지 않는 비휘발성 <strong>플래시 메모리를 큰 용량</strong>으로 구성하여 <strong>하드 디스크와 같이</strong> 컴퓨터의 <strong>주된 저장 장치 역할</strong>을 하도록 개발된 메모리</p> <h3 id="ssdsolid-state-drive">SSD(Solid State Drive)</h3> <p><strong>반도체를 이용</strong>하여 <strong>정보를 저장</strong>하는 장치로 HDD에 비해 속도가 빠르며 지연이나 실패율, 발열, 소음이 적은 장치</p> <ul> <li><strong>저장 방식</strong> <ul> <li>SLC(Single Level Cell) : 1 Cell에 1bit 저장</li> <li>MLC(Multiple Level Cell) : 1 Cell에 2bit 저장</li> <li>TLC(Triple Level Cell) : 1 Cell에 3bit 저장</li> <li>QLC(Quad Level Cell) : 1 Cell에 4bit 저장</li> </ul> <blockquote> <p><span style="color: orangered;">속도</span> : (<strong>빠름</strong>) SLC > MLC > TLC > QLC (<strong>느림</strong>)<br /> 셀당 데이터 <span style="color: orangered;">저장 가능 용량</span> : (<strong>낮다</strong>) SLC < MLC < TLC < QLC (<strong>높다</strong>)<br /> <span style="color: orangered;">수명</span> : (<strong>길다</strong>) SLC > MLC > TLC > QLC (<strong>짧다</strong>)<br /> 전기 충격을 QLC가 SLC보다 많이 받기 때문에 수명은 SLC가 가장 길다</p> </blockquote> </li> </ul> <h3 id="plaprogrammable-logic-array">PLA(Programmable Logic Array)</h3> <p>ROM이나 PLA이 입력측은 AND Array로 출력측은 OR Array로 구현되어 있지만 PLA가 출력측의 회로를 고정시키고 입력측을 원하는 형태로 설계하여 구현하는 반면 ROM은 입력측을 고정시키고 출력측을 원하는 형태로 설계하여 구현하는 방식</p> <h3 id="palprogrammable-array-logic">PAL(Programmable Array Logic)</h3> <p>PLA와 달리 OR 플레인이 고정된 형태. PAL 디바이스는 AND 게이트만을 프로그래밍을 할 수 있기에 덜 복잡하고 그 만큼 저렴하게 생산이 가능하고 디자인에서의 복잡함도 감소되었다</p> <h3 id="cpldcomplex-programmable-logic-device">CPLD(Complex Programmable Logic Device)</h3> <p>LAB, PLA로 구성되어 규칙적이고 빠른 타이밍이 필요하거나 어드레스 디코더 같은 간단한 로직 구현에 사용</p> <ul> <li>로직을 저장한 내장 플래시를 가진다</li> <li>Sum of Products와 같은 로직으로 내부 구조가 구성되어 있다</li> </ul> <h3 id="fpgafield-programmable-gate-array">FPGA(Field Programmable Gate Array)</h3> <p>논리 소자와 메모리가 포함된 반도체 소자로 속도가 느리고 소비전력이 크지만 개발 시간이 짧고 오류 수정이 쉬우며 개발비가 저렴하다는 장점이 있다</p> <ul> <li>CPLD보다 더 많은 게이트를 내장하고 있고 더 복잡한 로직을 프로그래밍 할 수 있다</li> <li>외부에 플래시가 필요</li> <li>Look-up 테이블로 내부 구조가 구성되어 있다</li> </ul> <h2 id="자기-코어-메모리magnetic-core-memory">자기 코어 메모리(Magnetic Core Memory)</h2> <p>아주 작은 원형 자성 물질인 <strong>코어에 4개의 도선</strong>이 꿰어져 있으며, 이 도선을 사용해서 자기 코어 메모리에 필요한 정보를 입출력할 수 있다</p> <p><strong>X선, Y선</strong>(Driving Wire-구동선) : 코어를 자화시키기 위해 자화에 필요한 전력의 1/2을 공급하는 도선</p> <p><strong>S선</strong>(Sense Wire-감지선) : 판독을 위해 구동선에 전력을 가했을 때 자장의 변화를 감지하여 0과 1의 저장 여부를 판단하는 선</p> <p><strong>Z선</strong>(Inhibit Wire-금지선) : 원하지 않는 곳의 자화를 방지하는 선</p> <h3 id="특징">특징</h3> <ul> <li><strong>전류 일치 기술</strong>(Coincident-Current Technique)에 의하여 기억 장소를 선별하는 기억 장치</li> <li><strong>비휘발성</strong> 메모리</li> <li> <p><strong>파괴성 판독(<code class="language-plaintext highlighter-rouge">DRO</code>)</strong> 메모리이므로 자신의 값을 보존하기 위해 재저장이 필요하다</p> <p class="notice--info"><i class="fa fa-info-circle" aria-hidden="true"></i> <strong>파괴성 판독</strong> : 데이터를 읽어내면서 원래의 데이터를 소거하는 판독 방법으로 정보를 보존하려면 읽어낸 뒤 즉시 <strong>재기입</strong>해야 하기 때문에 <strong>사이클 시간</strong>이 접근 시간에 비해 <strong>크다</strong></p> </li> <li>자기 코어의 중심을 통과하는 전선에 흐르는 전류가 오른나사법칙에 따라 1 혹은 0으로 자회되어 기억된다</li> <li>사이클 타임이 기억 장치의 액세스 타임보다 항상 크거나 같은 관계식을 갖는 메모리</li> <li><strong>자기 드럼이나 자기 디스크에 비해</strong> 호출 속도가 매우 <strong>빠르다</strong></li> </ul>

주기억 장치

CPU가 직접 사용할 수 있는 기억장소로 시스템 프로그램 영역과 사용자 프로그램 영역으로 나누어 사용되는 비교적 빠르고 큰 메모리를 의미

• 기억 장소에 관계없이 접근 시간이 일정
• 기억 소자에 대한 선택 기능이 명확
• 주기억 장치의 성능은 기억 용량이 크고 사이클 타임이 빠르며, 밴드 폭이 클수록 좋다
• 주기억 장치의 바이트 저장 순서에는 빅-엔디안 방식과 리틀-엔디안 방식이 존재

  • 빅 엔디안(Big-Endinan)
    큰 쪽(MSB)이 먼저 저장되는 방식

    모토롤라 프로세서, IBM 370, RISC 기반 컴퓨터에서 사용

  • 리틀 엔디안(Little-Endian)
    작은 쪽(LSB)이 먼저 저장되는 방식

    인텔 프로세서, DEC의 알파 프로세서에서 사용

용도

• 수행 중인 프로그램을 저장하는데 사용
• 수행 중인 프로그램이 사용할 데이터를 저장하는데 사용
• 수행 중인 프로그램이 사용할 임시 기억 장소로 사용
• 보조 기억 장치를 위한 버퍼로도 사용

버퍼 메모리(Buffer Memory)

CPU와 주기억 장치 사이에서 데이터를 주기억 장치에서 읽어내거나, 주기억 장치에 저장하기 위해 임시로 자료를 기억시키는 캐시와 CPU와 입출력 장치 사이의 속도 차이를 줄이기 위해 주기억 장치의 일부를 사용하는 입출력 버퍼

• 장치 사이의 속도 차이를 극복하기 위해 임시로 자료를 기억하는 공간
• 한 번 버퍼에 기억시킨 데이터는 여러 번 사용
• 버퍼 공간만큼 한 번에 많은 데이터를 이동시킬 수 있다

반도체 메모리

RAM(Random Access Memory)

전원 공급이 되지 않으면 기억된 정보가 사라지는 휘발성 메모리

DRAM(Dynamic RAM)

컴퓨터의 주기억 장치로 사용되는 RAM으로 콘덴서에 전하를 충전하는 형태의 원리를 이용하는 메모리이며 재충전이 필요한 메모리이다

• 소비 전력이 낮고 집적도가 높다
• 속도가 떨어지지만 가격이 저렴

집적도 : 한 개의 반도체 칩에 구성되어 있는 소자의 개수를 의미

SRAM(Static RAM)

플립플롭 형태로 구성되어 액세스 속도가 빠르며 전원이 공급되는 동안은 재충전이 필요 없는 메모리

• 소비 전력이 크고 집적도가 낮다
• 속도가 빠르지만 가격이 비싸다
• 주로 캐시 메모리에 사용

ROM(Read Only Memory)

비휘발성 메모리로 읽기만 가능하기 때문에 ROM의 내용을 임의로 변경할 수 없다

제어용 프로그램(마이크로 프로그램) 또는 모니터 프로그램 등을 고정시켜 사용

Mask ROM

제조 과정에서 Mask를 사용하여 논리 회로를 구현시켜 정보를 저장하는 것으로 변경시킬 수 없다. 마스크 제작비가 고가이므로 수요가 많을 경우에 사용

PROM

논리 회로 구현을 한 번에 한해서 사용자가 PROM 프로그램 장치를 가지고 직접 입력하여 구현할 수 있는 ROM

EPROM(UVEPROM)

논리 회로의 구현을 사용자가 여러 번 할 수 있는 ROM으로 자외선을 이용하여 지우고, 다시 PROM 프로그램 장치로 입력하여 논리 회로를 구성할 수 있다

EEPROM

EAPROM이라고도 하며 사용자가 여러 번 지우고 기입할 수 있는 ROM으로 전기적으로 지우고 다시 쓸 수 있는 ROM을 의미

Flash Memory

전기적으로 데이터를 지우고 다시 기록할 수 있는 비휘발성 컴퓨터 기억 장치로 EEPROM과 다르게 여러 구역으로 구성된 블록 안에서 지우고 쓸 수 있게 구성되어 있으며 EEPROM보다 비용이 저렴하다

• NOR형
  비트 혹은 바이트 단위의 읽기 쓰기 가능. 작은 데이터의 수시 인출 및 변경 용도에 적합하다

  PC-BIOS 저장 장치, 스마트폰 OS 저장 장치

• NAND형
  반도체 셀이 직렬로 배열되어 있는 플래시 종류
  셀을 수직으로 배열하기 때문에 좁은 면적에 많은 셀을 만들 수 있어서 대용량 저장 장치로 적합
  블록 단위로 구성되어 있으며 블록을 지우기 전에 새로 쓸 수 없다. 또한 블록 단위로만 재기록이 가능
  메모리 중에서 가장 읽기 속도가 느리다는 단점이 존재

Hybrid Drive

저장된 내용이 사라지지 않는 비휘발성 플래시 메모리를 큰 용량으로 구성하여 하드 디스크와 같이 컴퓨터의 주된 저장 장치 역할을 하도록 개발된 메모리

SSD(Solid State Drive)

반도체를 이용하여 정보를 저장하는 장치로 HDD에 비해 속도가 빠르며 지연이나 실패율, 발열, 소음이 적은 장치

• 저장 방식
  • SLC(Single Level Cell) : 1 Cell에 1bit 저장
  • MLC(Multiple Level Cell) : 1 Cell에 2bit 저장
  • TLC(Triple Level Cell) : 1 Cell에 3bit 저장
  • QLC(Quad Level Cell) : 1 Cell에 4bit 저장

  속도 : (빠름) SLC > MLC > TLC > QLC (느림)
  셀당 데이터 저장 가능 용량 : (낮다) SLC < MLC < TLC < QLC (높다)
  수명 : (길다) SLC > MLC > TLC > QLC (짧다)
  전기 충격을 QLC가 SLC보다 많이 받기 때문에 수명은 SLC가 가장 길다

PLA(Programmable Logic Array)

ROM이나 PLA이 입력측은 AND Array로 출력측은 OR Array로 구현되어 있지만 PLA가 출력측의 회로를 고정시키고 입력측을 원하는 형태로 설계하여 구현하는 반면 ROM은 입력측을 고정시키고 출력측을 원하는 형태로 설계하여 구현하는 방식

PAL(Programmable Array Logic)

PLA와 달리 OR 플레인이 고정된 형태. PAL 디바이스는 AND 게이트만을 프로그래밍을 할 수 있기에 덜 복잡하고 그 만큼 저렴하게 생산이 가능하고 디자인에서의 복잡함도 감소되었다

CPLD(Complex Programmable Logic Device)

LAB, PLA로 구성되어 규칙적이고 빠른 타이밍이 필요하거나 어드레스 디코더 같은 간단한 로직 구현에 사용

• 로직을 저장한 내장 플래시를 가진다
• Sum of Products와 같은 로직으로 내부 구조가 구성되어 있다

FPGA(Field Programmable Gate Array)

논리 소자와 메모리가 포함된 반도체 소자로 속도가 느리고 소비전력이 크지만 개발 시간이 짧고 오류 수정이 쉬우며 개발비가 저렴하다는 장점이 있다

• CPLD보다 더 많은 게이트를 내장하고 있고 더 복잡한 로직을 프로그래밍 할 수 있다
• 외부에 플래시가 필요
• Look-up 테이블로 내부 구조가 구성되어 있다

자기 코어 메모리(Magnetic Core Memory)

아주 작은 원형 자성 물질인 코어에 4개의 도선이 꿰어져 있으며, 이 도선을 사용해서 자기 코어 메모리에 필요한 정보를 입출력할 수 있다

X선, Y선(Driving Wire-구동선) : 코어를 자화시키기 위해 자화에 필요한 전력의 1/2을 공급하는 도선

S선(Sense Wire-감지선) : 판독을 위해 구동선에 전력을 가했을 때 자장의 변화를 감지하여 0과 1의 저장 여부를 판단하는 선

Z선(Inhibit Wire-금지선) : 원하지 않는 곳의 자화를 방지하는 선

특징

• 전류 일치 기술(Coincident-Current Technique)에 의하여 기억 장소를 선별하는 기억 장치
• 비휘발성 메모리

• 파괴성 판독(DRO) 메모리이므로 자신의 값을 보존하기 위해 재저장이 필요하다

  파괴성 판독 : 데이터를 읽어내면서 원래의 데이터를 소거하는 판독 방법으로 정보를 보존하려면 읽어낸 뒤 즉시 재기입해야 하기 때문에 사이클 시간이 접근 시간에 비해 크다

• 자기 코어의 중심을 통과하는 전선에 흐르는 전류가 오른나사법칙에 따라 1 혹은 0으로 자회되어 기억된다
• 사이클 타임이 기억 장치의 액세스 타임보다 항상 크거나 같은 관계식을 갖는 메모리
• 자기 드럼이나 자기 디스크에 비해 호출 속도가 매우 빠르다