07. 기억장치

기억장치는 컴퓨터에서 자료를 일시적으로 또는 영구히 보존하는 장치를 말한다. 컴퓨터의 기억장치는 주기억장치와 보조기억장치로 나눌수 있다. 메모리(memory)는 종종 '기억장치' 라는 용어와 혼용되기도 하지만, 대체로 주기억장치를 말하며 특히 램을 가리키는 경우가 많다.

주기억장치

▷ 컴퓨터내에서 명령어와 데이터들을 기억하는 저장장치
▷ 고속 액세스가 가능하나 가격이 높고 저장 용량의 한계
▷ 영구 저장 능력이 없어 프로그램 실행 중 일시적으로 저장
▷ 중앙처리장치와 직접 데이터를 교환
▷ 워드(Word) 단위 접근 (2byte, 4byte, 8byte)

보조기억장치

▷ 중앙처리장치와 직접적인 자료 교환이 불가능해서 주기억장치를 통함
▷ 대량의 자료를 보관하는 장치
▷ 주기억장치에 비해 가격이 저렴하고 용량이 크다
▷ 주기억장치에 비해 전송속도는 느리다
▷ 블록(Block) 단위 접근

캐시(Cache) 메모리

중앙처리장치의 속도와 주기억장치의 속도차가 클때 명령어의 수행속도를 중앙처리장치의 속도와 비슷하도록 하기 위하여 사용하는 메모리이다.

연관기억장치

기억장치에서 자료를 찾을 때 주소에 의해 접근하지 않고 기억된 내용의 일부를 이용하여 접근할 수 있는 기억장치로 CAM(Content Addressable Memory)라고도 한다. 

복수모듈기억장치

독자적으로 데이터를 저장할 수 있는 기억장치 모듈을 여러개 가진 기억장치

메모리 인터리빙(Memory Interleaving)
여러개의 독립된 모듈로 이루어진 복수 모듈 메모리와 CPU간의 주소 버스가 한개로만 구성되어 있으면 같은 시각에 CPU로부터 여러 모듈들로 동시에 주소를 전달할 수 없기 때문에 CPU가 각 모듈로 전송할 주소를 교대로 배치한 후 차례대로 전송하여 여러 모듈을 병행 접근하는 기법을 말한다.

가상기억장치

기억용량이 작은 주기억장치를 마치 큰 용량을 가진것처럼 사용할 수 있도록 하는 운영체제의 메모리 운영기법을 말한다.

전원 단절 시 내용 소멸 여부

휘발성 메모리 (Volatile memory)

휘발성 메모리는 지속적인 전력 공급을 요구하지 않는 비휘발성 메모리와는 달리 저장된 정보를 유지하기 위해 전기를 요구하는 컴퓨터 메모리를 가리킨다. 동적램(DRAM), 정적램(SRAM)을 포함하여 일반 목적의 랜덤 엑세스 메모리(RAM)의 대부분은 휘발성이다.

비휘발성 메모리 (Nonvolatile memory)

비휘발성 메모리는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 컴퓨터 메모리이다. 비휘발성 메모리의 종류에는 롬, 플래시 메모리, 마그네틱 컴퓨터 기억장치(예를 들면, 하드디스크, 디스켓 드라이브, 마그네틱 테이프), 광디스크 드라이브 같은 것들이 있다.

RAM (Random Access Memory)

자유롭게 읽고 쓸수 있는 기억장치

SRAM (Static Random Access Memory)

▷ 전원이 공급된 상태이면 기억된 정보를 계속 유지
▷ 집적도가 낮아서 용량이 적으며 소모 전력이 높다
▷ 주로 캐쉬 메모리에 사용
▷ 비트당 가격이 비쌈

DRAM (Dynamic Random Access Memory)

▷ 전원이 공급된 상태에서 계속해서 재충전(refresh) 해 주어야만 기억된 정보를 유지
▷ 기억 소자가 C_MOS로 구성되어 집적도가 매우 높다. 즉 기억 용량이 매우 큼
▷ SRAM에 비해 접근 속도가 느림
▷ 주로 컴퓨터의 주기억장치로 사용
▷ 비트당 가격이 싸다

DRAM의 리프레시 (Refresh)

디지털 정보는 이진수인 '0'과 '1'로 표현되며, '0'과 '1'을 나타내는 한 개의 정보 단위를 비트라고 합니다. DRAM은 이 비트를 집적회로 안의 각기 분리된 캐패시터에 담긴 전하량에 의해 기록하는데 시간이 지남에 따라 캐패시터의 전하가 빠져나가면서 기억된 정보를 잃게 된다. 이를 방지하기 위해 기억장치의 내용을 주기적으로 리프레시(Refresh)시켜야 한다.

ROM (Read Only Memory)

ROM은 공장에서 출하될 때에 이미 프로그램을 내장시켜서 내보내기 때문에 사용자가 프로그램을 구워 넣을 수가 없으며, 대량 생산일 때에 가격이 저렴하다. 전원이 꺼져도 내용이 지워지지 않는 비휘발성 메모리이다. RAM은 OS을 실행하는 용도로 쓰이며, RAM은 컴퓨터가 부팅시 주로 BIOS, 자기진단 프로그그램(POST) 같이 변경 가능성이 적은 시스템 소프트웨어를 기억시키는데 사용된다.

ROM의 종류

Mask ROM

▷ 반도체 공장에서 내용이 기입됨
▷ 대용량 메모리를 내장한 제품 중 프로그램 되어 있는 ROM

PROM

▷ 사용자가 한번만 내용을 기입을 할 수 있으나, 지울 수는 없다.

EPROM

이미 기억된 내용을 자외선을 이용하여 지우고 다시 사용할 수 있는 메모리

EEPROM

▷ 이미 기억된 내용을 전자적인 방법을 이용하여 지우고, 다시 사용할 수 있는 메모리
▷ 전원이 중단되어도 내용이 지워지지 않으며, 전기적으로 삭제하고 다시 쓸수도 있는 기억장치

Flash Memory

플래스 메모리에는 셀을 연결한 논리 구조에 따라 여러가지 종류가 있다. 대표적으로 셀을 병렬 구조로 연결한 것이 NOR Flash이고, 셀을 직렬 구조로 연결한 것이 바로 NAND Flash이다. 둘 간의 차이점은 많이 있지만, 가장 큰 차이는 셀을 병렬로 연결했느냐? 아니면 직렬로 연결했느냐는 것이다.

플래시메모리(Flash Memory) 란?

플래시는 사전적으로 "일순간" 또는 "빛난다" 라는 의미로 되어 있다. 플래시 메모리의 플래시는 "일순간"의 의미와 일치한다. 즉 일순간에 데이터를 소거한다. 또는 일순간에 데이터를 읽고 쓴다. 액세스 속도가 빠르다 등의 의미를 포함한다.

전원을 꺼도 데이터를 보존하는 비휘발성 반도체 메모리이다.

플래시 메모리는 기존의 EPROM이 UV(자외선)을 이용하여 부유 게이트로부터 전자들을 이동시키던 방식을 전기적인 방식으로 전환시킨 것으로부터 그 시작의 동기를 볼수 있다.

한번에 한 비이트씩 (블록 또는 페이지)을 일시에 소거하여 보다 빠른 소거동작을 위하여 플래시 메모리가 제안되었다.

플래시 메모리가 개발되어진 다른 이유는 컴퓨터 사용장소 범위의 확대이다. 즉 휴대기기의 확대에 동반하여 소형화의 필요성이 높아진 것이다. 소형화를 위해서는 기억매체의 소형화와 기억매체의 소전력화가 포인트이다. 그래서 자기 메모리인 하드디스크 및 플로피 디스크를 필요로 하지 않는 기억매체로서 플래시 메모리가 주목된 것이다.

반도체 메모리가 자기메모리를 모두 교체할 수 없었던 이유는자기메모리의 비용이 싸고, 비휘발성 메모리인 점이었다. 종래 EEPROM(전기적 소거 및 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리) 즉, 반도체 비휘발성 메모리는 1비트당 2개의 트랜지스터로 이루어져 있고, 1비트당 고유면적이 크기 때문에 비용이 높아 자기메모리를 완전히 교첼할 수 없었다.

플래시 메모리는 메모리 셀이 1개의 트랜지스터로 이루어져 셀 면적이 적은 반면 자외선으로 일괄 소거해야 하는 EPROM과 전기적 소거가 가능한 반면 셀이 2개의 트랜지스터로 이루어져 셀 면적이 큰 단점을 지닌 EEPROM의 장점을 조합하여 1개의 트랜지스터로 EPROM의 프로그램 입력방법과 EEPROM의 소거방법을 수행토록 만든 소자이며, 정확한 명칭은 Flash EEPROM이다.

플래시 메모리의 특징

▷ 전원이 없어도 데이터를 보존할 수 있는 비휘발성이다.
▷ 전기적으로 데이터의 변경이 가능하다.
▷ DRAM보다 낮은 bit cost를 실현할 수 있다.
▷ 소거를 블록/섹터 단위로 수행할 수 있다.
▷ 프로그램시 페이지(Page) 혹은 Multiple Bytes단위로 할수 있다.

CMOS 와 BIOS 구분

CMOS

CMOS(Complementary metal-oxide semiconductor, 시모스)는 집적회로의 한 종류로, 마이크로프로세서나 SRAM등의 디지털 회로를 구성하는데 이용된다. '상보성 금속 산화막 반도체' 라는 용어로 통용된다. 달리 말하면 광 다이오드를 사용하여 집적회로를 만들기 위한 기술중 하나이다.

PC의 메인 보드를 보면 수은 건전지 옆에 CMOS 칩(RTC/NVRAM)이 존재한다. CMOS 칩이라고 불리는 이유는 CMOS 방식으로 만들어진 칩이기 때문이다. 수은 건전지는 CMOS 배터리라고 하는데 시스템이 꺼진 경우에도 RTC/NVRAM의 내용을 유지시키기 위해서이다.

RTC(Real-Time Clock)

현재의 시간을 유지시키는 컴퓨터 시계이다. RTC는 정확한 시간을 유지해야 하는 모든 전자 기기에 존재한다. RTC는 컴퓨터의 전원이 나가도 수은 건전지의 전원을 통하여 디지털 회로의 카운터를 이용하여 시간을 셀수 있다. 만약 수은 건전지가 방전될 경우에는 시간이 초기화 되는 문제가 발생한다.

NV-RAM(Non-Volatile RAM)

RAM은 전원이 차단되면 저장된 모든 데이터가 사라지는게 특징이다. NV-RAM은 전원이 차단되어도 데이터가 사라지지 않는 비휘발성 RAM입니다. 이게 말장난일수도 있는데, 이게 가능한 이유는 외부에 수은 건전지가 있어서 전원이 차단되어도 데이터를 계속 유지할 수 있기 때문입니다. 

NV-RAM의 또다른 형태는 EEPROM을 이용하는 것입니다. 전원이 차단되기 전에 EEPROM에 데이터를 저장하고, 전원이 인가되면 EEPROM에서 데이터를 읽어서 NV-RAM에 적재하는 방식입니다. NV-RAM의 용도는 컴퓨터 부팅에 필요한 BIOS 정보를 가지고 있습니다. 

BIOS(Basic Input Output System)

펌웨어(Firmware)의 한 종류로서 IBM 호환 컴퓨터의 경우에 전원이 공급되면 시작되는 부팅 절차에서 하드웨어 초기화를 수행하고, 운영체제나 응용 프로그램에게 런타임 서비스를 제공한다. BIOS 펌웨어는 ROM에 저장되어 있어서 전원이 인가되면 실행이 시작되는 최초의 프로그램이다. 

BIOS는 하드웨어 부품을 초기화하고 검사하는 역할, 부트로더 또는 대용량 장치에 저장된 운영체제를 RAM으로 읽어오는 기능을 수행한다.    

우리가 혼동하지 말아야 하는 사항은 BIOS와 CMOS(RTC/NV-RAM)의 차이점이다. BIOS는 ROM에 저장되어 있는 펌웨어 즉 실행되는 프로그램을 말하며, 컴퓨터에 전원이 인가되면 실행되는 최초의 프로그램을 말한다. 이에 반해 CMOS는 BIOS가 실행하는데 필요한 데이터를 저장하고 있는 NV-RAM을 말하는 것이다. 우리가 흔히 말하는 'CMOS 설정화면' 또는 'BIOS 설정' 을 말할때 CMOS와 BIOS에 대한 차이점을 연상할수 있는 내공을 키워야 할 것이다.