기억장치 개요

최종 수정 : 25.1.8

기억장치 개요

컴퓨터 시스템은 프로그램과 프로그램 중에 필요한 데이터를 저장하기 위한 기억장치가 필요하다. 주기억장치와 보조기억 장치가 있다. 주기억장치는 중앙처리가 직접 접근하는 기억장치이며 현재 수행 중인 정보를 저장한다. 보조기억장치는 주기억장치의 용량에 제한이 있으므로 대안 방안으로 보조적인 역할을 하는 장치이다. 현재 수행에 직접 필요하지 않은 프로그램이나 데이터를 저장한다. 보조기억장치는 중앙처리장치와 직접 통신할 수 없으며 주기억장치를 통해서만 자료전달이 가능하다.

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1. 기억장치의 종류 및 특성

주기억 장치 : RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 자기 코어 등

보조기억장치 : 자기 디스크(magnetic disk), 자기 테이프(magnetic tape), CD-ROM(Compack Disk Read Only Memory), DVDD(Digital Video Disk) 등

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2. 기억장치의 계층적 구조

기억장치의 계층적 구조는 큰 용량을 가진 보조기억장치부터 비교적 속도가 빠른 주기억장치로 구성된다. 여러 수준의 기억장치가 연결되어 속도와 용량 등을 상호보완한 기억장치의 구조를 기억장치의 계층적 구조라 한다. 기억장치 설계에 있어서 가장 중요한 요소는 용량, 속도 가격이다.

 

계층구조의 가장 아래층은 느린 자기 테이프가 있고, 주로 백업장치로 쓰이는 자기 디스크나 자기 드럼이 있다. 그 위 계층으로 주기억장치인 RAM과 ROM이 있다. 현재 실행되는 프로그램의 일부와 자주 쓰는 데이터를 저장하는 데 쓰이는 캐시(cache) 메모리가 있다. 캐시 메모리는 CPU와 주기억장치의 속도 차이를 줄이기 위해서 사용한다. 적은 용량이지만 CPU 내부에는 RAM이라는 기억장치가 존재한다. 이것을 레지스터(register)라 한다. 레지스터는 주기억장치인 RAM보다는 속도가 빠른 소자를 사용한다. 속도가 빠를수록 기억장치의 가격은 고가이다.

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3. 기억장치의 접근방법

CPU가 정보를 기억장치에 쓰거나 읽는 동작을 액세스(access, 접근)라고 한다.

1) 직접접근(direct access)

기억장치에 읽기/쓱를 각 레코드로 직접 이동한 후에 순차적 검색으로 최종 위치에 접근하는 방식이다. 대표적인 기억장치로 자기 디스크(magnetic disk)나 CD-ROM이 있다.

 

직접접근 기억장치는 RAM, ROM과 같은 반도체 소자와 HDD, FDD로 기억장치의 번지를 이용하여 위치를 찾아가는 방식이다. 기억된 위치에 관계없이 접근시간이 항상 일정하다.

 

2) 순차접근(sequential access)

처음부터 순차적으로 찾아가는 방식으로 정보들을 내부적으로 레코드(record) 단위로 분리되어 저장한다. 기억된 위치에 따라 접근시간의 차이가 많이 난다. 대표적인 기억장치로 테이프나 자기 드럼 등이 있다. 테이프 내의 원하는 정보를 얻기 위해서는 테이프를 회전시켜서 찾아간다.

 

3) 임의접근(random access)

기억장치의 모든 위치는 고유의 주소를 가지고 있다. 원하는 위치를 찾아가는 방법은 주소에 의해서 직접 찾아가는 방식이다. 기억장치의 어떤 위치에 접근해도 걸리는 시간은 항상 일정하다. 대표적인 기억장치는 반도체 소자인 RAM, ROM 등이 있다.

 

4) 연관접근(associative access)

임의접근의 변형된 방식으로 기억장소에 키값과 데이터가 저장되어 있는 방식이다. 액세스 요구에는 주소 대신에 원하는 비트의 패턴이 있는데, 그 비트와 기억장소의 key를 비교하여 일치하는 기억장소에서 데이터를 액세스한다. 비트 패턴과 키값을 순차적으로 비교하는 시간이 걸리기 때문에 하드웨어 장치가 필요하다. 가격이 높아서 특수한 용도로 사용한다.

 

5) 접근시간(access time)

기억장치 내의 해당 위치에 도달하여 그 내용을 얻는 데 요구되는 시간이다.

 

6) 사이클 타임(cycle time)

기억장치가 한 번의 접근을 시작한 시점에서 다음 번 접근을 위한 시점까지 걸리는 시간이다. 즉, 사이클 타임 = 접근시간 + 복원시간이다. 자기코어는 파괴적 기억장치로 읽기 동작 후에 내용이 파괴되므로 복원되는 시간이 필요하다. 그러나 비파괴적 기억장치인 반도체 소자나 자기 디스크는 내용이 파괴되지 않으므로 액세스 시간과 사이클 시간이 같다. 디스크 등과 같이 전기 기계식 장치의 접근시간은 탐색시간(seek time), 대기시간(latency time), 전송시간(transfer time)을 합하여 계산한다. 접근시간이 빠를수록 기억장치의 가격은 비싸다.

• 탐색시간 : 디스크 헤드가 지정된 트랙에 도달될 때까지 걸리는 시간
• 대기시간 : 디스크가 회전하여 섹터가 헤드 아래로 올 때까지의 시간
• 전송시간 : 데이터를 내보내는 시간

7) 데이터 전송률(data transfer rate)

초당 전송되는 정보량으로 일명 대역폭(bandwidth)이라고도 한다. 기억장치의 전송속도를 측정하는 기준이 된다.

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4. 기억방식과 물리적 특성

1) 파괴적 기억장치(destructive storage)와 비파괴적 기억장치(non destructive storage)

파괴적 기억장치

☞ 자기코어인 기억장치는 한 번 읽으면 그 내용이 파괴되므로 원래의 데이터를 복원하기 위해서 쓰기 동작을 해야 한다.

 

비파괴적 기억장치

☞ 일반적인 반도체 소자나 보조기억자이는 데이터를 읽어 와도 내용에 영향을 주지 않는 기억장치이다.

 

2) 휘발성 기억장치(volatile memry)와 비휘발성 기억장치(non-volatile memory)

휘발성 기억장치

☞ 전원이 계속 공급되는 동안은 데이터를 기억하고 있으나 전원이 차단되면 기억된 내용이 사라지는 기억장치이다. RAM이 대표적인 휘발성 기억장치이다.

 

비휘발성 기억장치

☞ 전원이 차단되어도 데이터를 기억하는 장치이다. ROM이나 보조기억장치는 비휘발성 기억장치이다.

 

3) 정적인 램(static ram)과 동적인 램(dynamic ram)

정적인 램

☞ 전원이 공급되면 기억된 데이터를 유지한다.

 

동적인 램

☞ 전원이 공급되어도 일정 시간마다 충전을 해야 데이터 저장이 유지되는 기억장치이다. 이 과정을 재생(refresh)이라 한다.

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참고

독학사 교재