[ 컴퓨터구조 ] 5.1 기억장치의 분류와 특성

기억장치의 분류와 특성

▣ 기억장치

▪ 모든 컴퓨터시스템들은 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 장치를 가지고 있음

➢주기억장치(main memory)

➢보조저장장치(auxiliary storage device)

 

▪ 최근 CPU와 기억장치들 간의 속도 차이가 커지고 필요한 저장 용량이 증가함에 따라, 시스템 성능을 향상시키고 가격대성능비를 개선하기 위하여 다양한 유형의 기억장치들을 시스템에 포함시키고 있음

➢기억장치는 내부 기억장치(internal memory)와 외부 기억장치(external memory)로 구성됨

▣ 기억장치의 분류와 특성 및 용어들에 대해서 학습

▪해당 차시에서는 먼저 기억장치의 분류와 특성 및 용어들에 대하여 살 펴봄

▪ 컴퓨터시스템은 프로그램과 데이터를 저장하기 위하여 기억장치를 가 지고 있음

▪ CPU가 어떤 정보를 기억장치에 쓰거나 기억장치로부터 읽는 동작을 액세스(access)한다고 말함

▪기억장치는 제조 공정과 재료 및 조직에 따라 액세스하는 방법도 달라 짐

▣ 기억장치의 액세스 유형

1 순차적 액세스(sequential access)

➢기억장치에 저장된 정보들을 처음부터 순서대로 액세스 하는 방식

➢[예시] 자기 테이프(magnetic tape) 저장장치

➢저장되는 모든 정보는 테이프의 처음 위치에서 시작하여 연속적으로 위 치함

➢그 내용들은 내부적으로 레코드(record)라고 불리는 정보 단위로 분리되 어 저장

➢각 레코드는 고유의 주소를 가짐

➢테이프 내 임의의 위치에 저장된 특정 정보를 읽기 위해서는 그 위치에 도달할때까지 앞부분의 테이프를 모두 통과함. 따라서, 정보가 저장된 위 치에 따라 액세스 시간이 달라짐.

2 직접 액세스(direct access)

➢읽기/쓰기 장치가 각 레코드(혹은 블록)의 근처로 직접 이동한 후에 순차 적 검색(sequential searching)을 통하여 최종 위치에 도달하는 방식

➢이 방식에서도 액세스 시간은 정보의 저장 위치에 따라 가변적 

➢자기 디스크와 CD-ROM, DVD 등이 직접 액세스 방식을 이용함

3 임의 액세스(random access)

➢기억 장소들이 임의로 선택될 수 있으며, 기억장치 내의 어떤 위치든 액 세스에 걸리는 시간이 동일한 방식

➢기억장치 내의 모든 저장 장소들은 고유의 주소를 가지고 있음

➢별도의 읽기/쓰기 회로를 가지고 있음

➢어떤 위치든 임의로 선택될 수 있고, 직접 주소지정 되고, 액세스될 수 있 음

➢결과적으로 액세스에 걸리는 시간이 동일함

4 연관 액세스(associative access)

➢각 기억 장소에 포함된 키(key) 값의 검색을 통하여 액세스할 위치를 찾 아내는 방식

➢임의 액세스의 변형으로서, 각 기억 장소에는 키 값에 해당하는 비트들이 데이터와 함께 저장되어 있음

➢액세스 요구(access request)에는 주소 대신에 원하는 비트 패턴이 포함되 어 있는데, 그 비트들과 각 기억 장소의 키 비트들을 이용하여, 일치하는 기억 장소의 데이터가 읽혀져 출력됨

➢해당 유형의 기억장치는 회로가 복잡하고 가격이 매우 높기 때문에 특수 한 용도로만 사용됨

▣ 기억장치 시스템 설계 시 고려할 사항

▪ 용량(capacity)
➢기억장치 용량을 나타내는 단위는 바이트(1 byte = 8 bits) 혹은 단어(word)임

➢일반적으로 단어 길이는 8, 16, 32, 혹은 64비트

➢단어의 길이는 CPU가 실행할 명령어의 길이 혹은 내부 연산에서 한 번에 처리활 수 있는 데이터 비트의 수와 같음

▪ 액세스 속도(assess speed)

▣ 전송 단위(unit of transfer)

▪ 한 번의 기억장치 액세스에 의해 읽거나 쓸 수 있는 비트 수

▪ 주기억장치 

➢단어(word) 단위

▪ 보조저장장치
➢블록(512 바이트 혹은 1K 바이트) 단위

 

▣ 주소지정 단위(addressable unit)

▪  주소가 지정된 각 기억 장소 당 저장되는 데이터 길이

▪  바이트 단위 혹은 단어 단위

▪  CPU가 발생하는 주소 비트의 수 A와 주소지정 될 수 있는 기억 장소 들의 수 N과의 관계는 2A=N이다.

▣ 액세스 속도와 관련된 파라미터들

▪ 액세스 시간(access time)
➢주소와 읽기/쓰기 신호가 기억장치에 도착하는 순간부터 데이터가 저장되거나 읽혀지는 동작이 완료되는 순간까지의 시간을 말함

➢임의 액세스 기억장치의 경우에는 액세스 시간이 모든 기억 장소들에 대 하여 동일하지만, 순차적 혹은 직접 액세스 기억장치의 경우에는 데이터 가 저장되어 있는 위치에 따라 달라짐

 

▪ 기억장치 사이클 시간(memory cycle time)
➢이 시간은 액세스 시간과 다음 액세스를 시작하기 위해 필요한 동작에 걸리는 추가적인 시간을 합한 시간이다.

➢추가적인 시간 = 읽기 동작 후에 정보가 소멸되는 저장장치인 경우 그것 을 복원시키는 데 걸리는 시간

 

▪ 데이터 전송률(data transfer rate)

➢기억장치로부터 초당 읽혀지거나 쓰여질 수 있는 비트 수를 말함 

➢(1/액세스 시간) x (한 번에 읽혀지는 데이터 비트 수)에 의해 구함

➢[예] 액세스 시간 = 100ns, 액세스 단위 = 32비트인 경우,

 데이터 전송률 = (1/100ns) x 32/8 = 40[MBytes/sec]

▣ 기억장치의 제조 재료에 따른 유형

▪ 반도체 기억장치(semiconductor memory) 

➢반도체 물질인 실리콘(Si) 칩을 이용한 기억장치 

➢예: RAM, ROM, 플래시 메모리

▪ 자기-표면 기억장치(magnetic-surface memory) 

➢자화 물질로 코팅된 표면에 정보를 저장하는 기억장치 

➢예: 디스크

▣ 데이터를 저장하는 성질에 따른 유형

▪ 휘발성 기억장치(volatile memory)
➢전원 공급이 중단되면 내용이 지워지는 기억장치 

➢예: RAM

 ▪ 비휘발성 기억장치(nonvolatile memory)

➢전원 공급에 관계없는 영구 저장장치 

➢예: ROM, 디스크, SSD

 

▣ 삭제불가능 기억장치(non-erasable memory)

▪ 내용 변경이 불가능한 기억장치 

▪ 예: ROM