주기억장치
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1. 개요
주기억장치는 컴퓨터의 핵심 부품 중 하나로, 데이터를 일시적으로 저장하는 역할을 한다. 1940년대 진공관을 사용한 ENIAC에서 시작하여, 지연선 메모리, 윌리엄스관, 자성 코어 메모리를 거쳐 반도체 메모리로 발전했다. 현재는 휘발성 메모리(SRAM, DRAM)와 비휘발성 메모리(ROM, 플래시 메모리) 등 다양한 유형이 사용되며, 가상 메모리, 메모리 보호, 메모리 누수, 버퍼 오버플로우와 같은 메모리 관리 기술이 컴퓨터 시스템의 안정성과 성능을 위해 중요하다. 주기억 장치의 고장은 시스템 오류를 발생시킬 수 있으며, 메모리 진단 도구를 통해 문제를 확인할 수 있다.
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메모리 계층 구조는 CPU 데이터 접근 속도 향상을 위해 레지스터, 캐시, RAM, 보조 기억 장치 등으로 구성되며, 속도, 용량, 비용이 다른 계층들을 통해 효율적인 메모리 관리를 가능하게 한다.
| 주기억장치 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 유형 | 반도체 메모리 |
| 접근 방식 | 임의 접근 메모리 |
| 휘발성 | 휘발성 메모리 |
| 설명 | 즉시 사용하기 위한 정보 저장 컴퓨터 부품 |
| 개요 | |
| 관련 항목 | 메모리 셀 메모리 일관성 캐시 일관성 메모리 계층 메모리 접근 패턴 메모리 맵 보조 저장 장치 MOS 메모리 부동 게이트 지속적 가용성 면적 밀도 블록 객체 스토리지 직접 연결 스토리지 네트워크 연결 스토리지 스토리지 영역 네트워크 블록 레벨 스토리지 단일 인스턴스 스토리지 자료 구조화된 데이터 비정형 데이터 빅 데이터 메타데이터 데이터 압축 데이터 손상 데이터 품질 저하 데이터 무결성 데이터 보안 데이터 유효성 검사 데이터 유효성 검사 및 조정 데이터 복구 저장 데이터 클러스터 디렉터리 공유 자원 파일 공유 파일 시스템 클러스터 파일 시스템 분산 파일 시스템 클라우드를 위한 분산 파일 시스템 분산 데이터 스토어 분산 데이터베이스 데이터베이스 데이터 뱅크 데이터 스토리지 데이터 저장소 데이터 중복 제거 데이터 구조 데이터 중복성 복제 (컴퓨팅) 메모리 갱신 스토리지 기록 정보 저장소 지식 베이스 컴퓨터 파일 오브젝트 파일 파일 삭제 파일 복사 백업 코어 덤프 헥스 덤프 데이터 통신 정보 전송 임시 파일 복사 방지 디지털 권리 관리 볼륨 (컴퓨팅) 부트 섹터 마스터 부트 레코드 볼륨 부트 레코드 디스크 어레이 디스크 이미지 디스크 미러링 디스크 집합 디스크 파티셔닝 메모리 세분화 참조 지역성 논리 디스크 스토리지 가상화 가상 메모리 메모리 매핑 파일 소프트웨어 엔트로피 소프트웨어 부패 인 메모리 데이터베이스 인 메모리 처리 지속성 (컴퓨터 과학) 영구 데이터 구조 RAID 비 RAID 드라이브 아키텍처 메모리 페이징 뱅크 스위칭 그리드 컴퓨팅 클라우드 컴퓨팅 클라우드 스토리지 포그 컴퓨팅 에지 컴퓨팅 듀 컴퓨팅 암달의 법칙 무어의 법칙 크라이더의 법칙 |
| 종류 | |
| RAM | 하드웨어 캐시 CPU 캐시 스크래치패드 메모리 DRAM eDRAM SDRAM SGRAM LPDDR QDRSRAM EDO DRAM XDR DRAM RDRAM DDR GDDR HBM SRAM 1T-SRAM ReRAM QRAM 콘텐츠 주소 지정 가능 메모리 (CAM) 계산 RAM VRAM 듀얼 포트 RAM 비디오 RAM (듀얼 포트 DRAM) |
| ROM | 다이오드 매트릭스 MROM PROM EPROM EEPROM 롬 카트리지 솔리드 스테이트 스토리지 (SSS) 플래시 메모리 (SSD, SSHD, USB 플래시 드라이브, IBM FlashSystem, Flash Core Module 등에 사용) 메모리 카드 (Memory Stick, CompactFlash, PC Card, MultiMediaCard, SD 카드, SIM 카드, SmartMedia, Universal Flash Storage, SxS, MicroP2, XQD 카드) 프로그래밍 가능 금속화 셀 |
| NVRAM | 메미스터 멤리스터 PCM (3D XPoint) MRAM 전기화학 RAM (ECRAM) 나노 RAM CBRAM |
| 초기 단계 NVRAM | FeRAM ReRAM FeFET 메모리 |
| 아날로그 기록 | 원통형 축음기 레코드판 쿼드루플렉스 비디오테이프 Vision Electronic Recording Apparatus 자기 기록 자기 저장 장치 자기 테이프 자기 테이프 데이터 저장 테이프 드라이브 테이프 라이브러리 디지털 데이터 스토리지 (DDS) 비디오테이프 비디오 카세트 카세트 테이프 리니어 테이프 오픈 베타맥스 8 mm 비디오 포맷 DV 미니DV 마이크로MV U-matic VHS S-VHS VHS-C D-VHS 하드 디스크 드라이브 |
| 광학 | 3D 광학 데이터 저장 광 디스크 레이저디스크 컴팩트 디스크 디지털 오디오 (CDDA) CD CD 비디오 CD-R CD-RW 비디오 CD 슈퍼 비디오 CD 미니 CD 닌텐도 광학 디스크 CD-ROM 하이퍼 CD-ROM DVD DVD+R DVD-비디오 DVD 카드 DVD-RAM 미니DVD HD DVD 블루레이 울트라 HD 블루레이 홀로그래픽 다용도 디스크 WORM |
| 개발 중 | CBRAM 경마장 메모리 NRAM 밀리피드 메모리 ECRAM 패터닝된 미디어 홀로그래픽 데이터 저장 전자 양자 홀로그래피 5D 광학 데이터 저장 DNA 디지털 데이터 저장 유니버설 메모리 시간 결정 양자 메모리 UltraRAM |
| 역사적 | 종이 데이터 저장 (1725) 펀치 카드 (1725) 천공 테이프 (1725) 플러그보드 드럼 메모리 (1932) 자기 코어 메모리 (1949) 도금 와이어 메모리 (1957) 코어 로프 메모리 (1960년대) 박막 메모리 (1962) 디스크 팩 (1962) 트위스터 메모리 (~1968) 버블 메모리 (~1970) 플로피 디스크 (1971) 윌리엄스-킬번 튜브 (1946–1947) 지연선 메모리 (1947) 멜론 광학 메모리 (1951) 셀렉트론 튜브 (1952) 데카트론 T-RAM (2009) Z-RAM (2002–2010) |
| 특성 | |
| 접근 시간 | 나노초 (ns) 단위 |
| 보존 | 데이터 유지 필요 (전원 공급) |
| 용량 | 바이트 (B), 킬로바이트 (KB), 메가바이트 (MB), 기가바이트 (GB), 테라바이트 (TB) 단위 |
| 작동 방식 | |
| 메모리 맵핑 | 메모리 주소를 물리적 위치에 할당 |
| 캐싱 | 자주 사용하는 데이터를 고속 메모리에 저장 |
| 가상 메모리 | 실제 메모리보다 큰 주소 공간 제공 |
| 발전 | |
| 기술 변화 | DDR5 SDRAM 시대가 공식적으로 2021년에 시작 |
| MOS 트랜지스터 | MOS 트랜지스터 개발 (1960) |
2. 역사
컴퓨터 메모리 기술은 초기에는 매우 제한적이어서, 1940년대 초에는 겨우 몇 바이트 정도의 용량만을 가질 수 있었다. 최초의 전자식 프로그래밍 가능 디지털 컴퓨터인 ENIAC은 수천 개의 진공관을 사용하여 간단한 계산을 수행했다.
이후 컴퓨터 메모리는 발전을 거듭했다. 1940년대 초 J. 프레스퍼 에커트가 개발한 음향 지연선 메모리는 수은을 채운 유리관을 통해 음파 형태로 정보를 저장하는 방식이었다. 1946년에는 윌리엄스관과 셀렉트론관이 개발되었는데, 이들은 유리관 내의 전자 빔을 이용하여 정보를 저장했다. 프레드 윌리엄스는 음극선관을 사용해 최초의 RAM 컴퓨터 메모리인 윌리엄스관을 발명하기도 했다.
이후 내용은 하위 섹션에서 자세히 다루어지므로, 여기서는 간략하게 초기 발전 과정만 언급한다.
2. 1. 초기 발전
1940년대 초, 메모리 기술은 겨우 몇 바이트 정도의 용량만을 허용했다. 최초의 전자식 프로그래밍 가능 디지털 컴퓨터인 ENIAC은 수천 개의 진공관을 사용하여 진공관에 저장된 10진수 20개로 간단한 계산을 수행할 수 있었다.
컴퓨터 메모리의 다음 중요한 발전은 1940년대 초 J. 프레스퍼 에커트가 개발한 음향 지연선 메모리였다. 수은으로 채워진 유리관 양쪽 끝에 석영 결정을 부착하여, 지연선은 수은을 통해 전파되는 음파 형태로 정보 비트를 저장했다. 석영 결정은 비트를 읽고 쓰는 변환기 역할을 했다. 지연선 메모리는 최대 몇 천 비트의 용량으로 제한되었다.
1946년에는 지연선의 두 가지 대안인 윌리엄스관과 셀렉트론관이 개발되었는데, 둘 다 유리관 내의 전자 빔을 저장 수단으로 사용했다. 프레드 윌리엄스는 음극선관을 사용하여 최초의 RAM 컴퓨터 메모리인 윌리엄스관을 발명했다. 윌리엄스관은 셀렉트론관(256비트로 제한)보다 더 많은 정보(수천 개)를 저장할 수 있었고 더 저렴했다. 그러나 윌리엄스관은 환경적 방해에 매우 민감했다.
1940년대 후반에는 비휘발성 메모리를 찾기 위한 노력이 시작되었다. 자성 코어 메모리는 전원 손실 후에도 메모리 복구를 허용했다. 1940년대 후반 프레데릭 W. 비헤와 왕안이 개발하고, 1950년대 초 제이 포레스터와 얀 A. 라즈먼이 개선하여 1953년 Whirlwind I 컴퓨터와 함께 상용화되었다.[8] 자성 코어 메모리는 1960년대에 MOS 반도체 메모리가 개발될 때까지 지배적인 형태의 메모리였다.[9]
최초의 반도체 메모리는 1960년대 초 바이폴라 트랜지스터를 사용하여 플립플롭 회로로 구현되었다.[9] 개별 소자로 만든 반도체 메모리는 1961년 텍사스 인스트루먼트에서 미국 공군에 처음 출하되었다. 같은 해 응용 엔지니어 밥 노먼이 페어차일드 반도체에서 집적 회로 (IC) 칩에 대한 고체 메모리 개념을 제안했다.[10] 최초의 바이폴라 반도체 메모리 IC 칩은 1965년 IBM에서 출시한 SP95였다.[9] 반도체 메모리는 자성 코어 메모리보다 성능이 우수했지만, 1960년대 후반까지는 더 크고 비싸서 자성 코어 메모리를 대체하지 못했다.[9][11]
2. 2. 비휘발성 메모리의 등장
1940년대 후반, 전원이 꺼져도 내용을 유지하는 비휘발성 메모리를 찾기 위한 노력이 시작되었다. 자성 코어 메모리는 전원이 손실된 후에도 메모리 내용 복구를 가능하게 했다.[8] 1940년대 후반 프레데릭 W. 비헤와 왕안이 개발하고, 1950년대 초 제이 포레스터와 얀 A. 라즈먼이 개선하여 1953년 Whirlwind I 컴퓨터에 사용되면서 상용화되었다.[8] 자성 코어 메모리는 1960년대 MOS 반도체 메모리가 개발되기 전까지 메모리 분야에서 지배적인 위치를 차지하였다.[9]2. 3. 반도체 메모리의 발전
1940년대 후반부터 비휘발성 메모리를 찾기 위한 노력이 시작되었다. 자성 코어 메모리는 전원이 꺼진 후에도 메모리 복구를 허용하여 주목받았다. 1940년대 후반 프레데릭 W. 비헤와 왕안이 개발하였고, 1950년대 초 제이 포레스터와 얀 A. 라즈먼이 개선하여 1953년 Whirlwind I 컴퓨터와 함께 상용화되었다.[8] 자성 코어 메모리는 1960년대 MOS 반도체 메모리가 개발될 때까지 지배적인 메모리 형태였다.[9]최초의 반도체 메모리는 1960년대 초 바이폴라 트랜지스터를 사용한 플립플롭 회로로 구현되었다.[9] 개별 소자로 만들어진 반도체 메모리는 1961년 텍사스 인스트루먼트에서 미국 공군에 처음 출하되었다. 같은 해 응용 엔지니어 밥 노먼이 페어차일드 반도체에서 집적 회로(IC) 칩에 대한 고체 메모리 개념을 제안했다.[10] 최초의 바이폴라 반도체 메모리 IC 칩은 1965년 IBM에서 출시한 SP95였다.[9] 반도체 메모리는 자성 코어 메모리보다 성능은 향상되었지만, 1960년대 후반까지는 크고 비싸서 자성 코어 메모리를 대체하지 못했다.[9][11]
금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)의 발명으로 금속-산화물-반도체(MOS) 트랜지스터를 메모리 셀 저장 요소로 실용적으로 사용할 수 있게 되었다. 1964년 페어차일드 반도체의 존 슈미트가 MOS 메모리를 개발했다.[12] MOS 반도체 메모리는 성능이 향상되었을 뿐만 아니라 자기 코어 메모리보다 저렴하고 전력 소비가 적었다.[13] 1965년, 영국 왕립 레이더 연구소의 J. 우드와 R. 볼은 MOSFET 전력 장치, 전원 공급 장치, 스위치된 크로스 커플링, 스위치, 지연선 저장 장치 외에도 CMOS(상보형 MOS) 메모리 셀을 사용하는 디지털 저장 시스템을 제안했다.[14] 1968년 페어차일드의 페데리코 파진이 개발한 실리콘 게이트 MOS 집적 회로(MOS IC) 기술은 MOS 메모리 칩 생산을 가능하게 했다.[15] NMOS 메모리는 1970년대 초 IBM에 의해 상용화되었다.[16] MOS 메모리는 1970년대 초 자기 코어 메모리를 제치고 지배적인 메모리 기술이 되었다.[13]
휘발성 RAM(RAM)의 두 가지 주요 유형은 SRAM(정적 RAM)과 DRAM(동적 RAM)이다. 바이폴라 SRAM은 1963년 페어차일드 반도체의 로버트 노먼이 발명했고,[9] 1964년 페어차일드의 존 슈미트가 MOS SRAM을 개발했다.[13] SRAM은 자기 코어 메모리의 대안이 되었지만 각 비트의 데이터를 저장하기 위해 6개의 트랜지스터가 필요했다.[17] SRAM의 상업적 사용은 1965년에 시작되었으며, IBM은 System/360 Model 95용 SP95 SRAM 칩을 출시했다.[9]
도시바는 1965년 자사의 Toscal BC-1411 전자 계산기에 바이폴라 DRAM 메모리 셀을 도입했다.[18][19] 성능은 향상되었지만 바이폴라 DRAM은 당시 지배적이었던 자기 코어 메모리의 저렴한 가격과 경쟁할 수 없었다.[20] MOS 기술은 현대 DRAM의 기초가 된다. 1966년, IBM 토마스 J. 왓슨 연구소의 로버트 H. 데나드는 MOS 메모리를 연구하던 중, MOS 커패시터에 전하를 저장하거나 저장하지 않는 방식으로 비트의 1과 0을 나타낼 수 있고, MOS 트랜지스터로 커패시터에 전하를 쓰는 것을 제어할 수 있다는 점을 발견했다. 이는 단일 트랜지스터 DRAM 메모리 셀 개발로 이어졌다.[17] 1967년, 데나드는 MOS 기술 기반의 단일 트랜지스터 DRAM 메모리 셀에 대한 특허를 출원했다.[21] 이는 1970년 10월 최초의 상업용 DRAM IC 칩인 인텔 1103으로 이어졌다.[22][23][24] SDRAM(SDRAM)은 1992년 삼성 KM48SL2000 칩으로 데뷔했다.[25][26]
2. 4. MOS 메모리의 혁신
금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)의 발명으로 금속-산화물-반도체 (MOS) 트랜지스터를 메모리 셀 저장 요소로 사용하는 것이 가능해졌다. 1964년 페어차일드 반도체의 존 슈미트가 MOS 메모리를 개발했다.[12] MOS 반도체 메모리는 성능이 향상되었을 뿐만 아니라 자성 코어 메모리보다 저렴하고 전력 소비가 적었다.[13] 1965년, 영국 왕립 레이더 연구소의 J. 우드와 R. 볼은 MOSFET 전력 장치, 전원 공급 장치, 스위치된 크로스 커플링, 스위치 및 지연선 저장 장치 외에도 CMOS (상보형 MOS) 메모리 셀을 사용하는 디지털 저장 시스템을 제안했다.[14] 1968년 페어차일드의 페데리코 파진이 개발한 실리콘 게이트 MOS 집적 회로 (MOS IC) 기술은 MOS 메모리 칩 생산을 가능하게 했다.[15] NMOS 메모리는 1970년대 초 IBM에 의해 상용화되었으며,[16] 1970년대 초 MOS 메모리는 자기 코어 메모리를 제치고 지배적인 메모리 기술이 되었다.[13]2. 5. 현대 메모리 기술
금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)의 발명으로 금속-산화물-반도체 (MOS) 트랜지스터를 메모리 셀 저장 요소로 사용하는 것이 가능해졌다. 1964년 페어차일드 반도체의 존 슈미트가 개발한 MOS 반도체 메모리는 자기 코어 메모리보다 성능이 좋고, 저렴하며, 전력 소비가 적었다.[13] 1965년, 영국 왕립 레이더 연구소의 J. 우드와 R. 볼은 CMOS (상보형 MOS) 메모리 셀을 사용하는 디지털 저장 시스템을 제안했다.[14] 1968년 페어차일드의 페데리코 파진이 개발한 실리콘 게이트 MOS 집적 회로 (MOS IC) 기술은 MOS 메모리 칩 생산을 가능하게 했다.[15] NMOS 메모리는 1970년대 초 IBM에 의해 상용화되었고,[16] 1970년대 초 MOS 메모리는 자기 코어 메모리를 제치고 지배적인 메모리 기술이 되었다.[13]휘발성 RAM (RAM)의 두 가지 주요 유형은 SRAM (정적 RAM)과 DRAM (동적 RAM)이다. 1963년 페어차일드 반도체의 로버트 노먼이 바이폴라 SRAM을 발명했고,[9] 1964년 페어차일드의 존 슈미트가 MOS SRAM을 개발했다.[13] SRAM은 자기 코어 메모리의 대안이 되었지만 각 비트의 데이터에 대해 6개의 트랜지스터가 필요했다.[17] SRAM의 상업적 사용은 1965년에 시작되었으며, IBM은 System/360 Model 95용 SP95 SRAM 칩을 출시했다.[9]
도시바는 1965년 자사의 Toscal BC-1411 전자 계산기에 바이폴라 DRAM 메모리 셀을 도입했다.[18][19] 성능이 향상되었지만 바이폴라 DRAM은 당시 지배적이었던 자기 코어 메모리의 저렴한 가격과 경쟁할 수 없었다.[20] 1966년, IBM 토마스 J. 왓슨 연구소의 로버트 H. 데나드는 MOS 커패시터에 전하를 저장하거나 저장하지 않는 방식으로 비트의 1과 0을 나타내는 단일 트랜지스터 DRAM 메모리 셀을 개발했다.[17] 1967년, 데나드는 MOS 기술을 기반으로 하는 단일 트랜지스터 DRAM 메모리 셀에 대한 특허를 출원했다.[21] 이는 1970년 10월 최초의 상업용 DRAM IC 칩인 인텔 1103으로 이어졌다.[22][23][24] SDRAM (SDRAM)은 1992년 삼성 KM48SL2000 칩으로 데뷔했다.[25][26]
"메모리"라는 용어는 롬 (ROM)과 같은 비휘발성 메모리를 지칭하는 데에도 사용된다. PROM (프로그래밍 가능한 ROM)은 1956년 웬 칭 차우가 발명했다.[27][28] 1967년, 벨 연구소의 다원 카앙과 사이먼 Sze는 MOS 반도체 소자의 플로팅 게이트를 재프로그래밍 가능한 ROM의 셀에 사용할 수 있다고 제안했고, 이는 인텔의 도브 프로먼이 1971년에 EPROM (지워지는 PROM)을 발명하게 했다.[29] EEPROM (전기적으로 지워지는 PROM)은 1972년 전기기술연구소의 야스오 타루이, 유타카 하야시, 키요코 나가에 의해 개발되었다.[30] 플래시 메모리는 1980년대 초 도시바의 마스오카 후지오가 발명했다.[31][32] 마스오카와 동료들은 1984년에 NOR 플래시의 발명을 발표했고,[33] 1987년에 NAND 플래시를 발표했다.[34] 도시바는 1987년에 NAND 플래시 메모리를 상용화했다.[35][36]
기술 발전과 규모의 경제는 '''대용량 메모리''' (VLM) 컴퓨터를 가능하게 했다.[37]
3. 메모리 유형
컴퓨터 초창기에는 수은 지연선, 브라운관 기억 장치(윌리엄스관)(1950년대), 자기 드럼 메모리, 자기 코어 메모리(1960년대) 등이 주기억장치로 이용되었지만, 현재는 일반적으로 반도체 메모리를 이용하고 있다.
자기 코어 메모리는 전원 공급이 끊어져도 기억 내용이 유지되는 비휘발성 메모리였다. 반면, 일반적인 반도체 메모리를 사용한 RAM(Random Access Memory)은 하드 디스크 드라이브 등의 보조 기억 장치에 비해 동작이 빠르지만, 기억 용량이 작고 전원 공급이 끊어지면 기억 내용이 사라지는 휘발성 메모리이다. 따라서 보조 기억 장치에 기억 내용을 기록해두고 필요할 때 다시 읽어와서 이용하는 방식이 사용된다.
쓰기가 가능한 RAM에는 DRAM(Dynamic Random Access Memory)과 SRAM(Static Random Access Memory)의 두 종류가 있다. DRAM은 시간이 지나면 기억 내용이 사라지지만, SRAM은 전기가 공급되는 한 기억 내용이 유지된다. 일반적으로 SRAM은 DRAM보다 접근 속도가 빠르지만, DRAM이 비트당 필요한 트랜지스터 수가 적어 기억 용량당 가격이 저렴하다. 따라서 대부분의 컴퓨터는 주 기억 장치로 DRAM을 채택하고, 고속성이 요구되는 캐시 메모리에는 SRAM을 채택한다.
최근 프로세서는 CPU 내부 처리 속도가 매우 빨라졌지만, DRAM 접근 속도 향상은 이에 미치지 못해 폰 노이만 병목 현상이 발생하고 있다. 이를 해결하기 위해, SRAM으로 구성된 캐시 메모리를 경유하여 DRAM으로 구성된 주기억장치에 접근하는 경우가 많다. 2000년 이후 출시된 CPU는 2단계 이상의 캐시 메모리를 경유하여 주기억장치에 접근하는 방식을 채택하고 있다.
개인용 컴퓨터 초기에는 16비트 주소 버스를 가진 8비트 또는 16비트 CPU를 사용했다. 이들의 주소 공간은 64KiB로 제한되어, 뱅크 전환, 세그먼트 방식, EMS 등 실제 CPU 주소 공간보다 넓은 주기억장치 이용 기술이 사용되었다.[40] 32비트 CPU는 주소 공간이 4GiB로 확대되어 주기억장치 전환 기능은 한때 폐지되었지만, 더 많은 메모리 용량에 대한 수요에 따라 가상 기억 장치 기능과 연동되기도 한다.
2024년 현재는 64비트 CPU가 보급되어, 주소 공간은 16EiB로 확대되었지만, 탑재 가능한 물리 메모리량은 이론적인 주소 공간보다 훨씬 작게 제한되어 있다.[41]
현대적인 컴퓨터 시스템에서는 운영 체제와 메모리 관리 하드웨어의 연계를 통해 가상 기억 장치를 채용하고 있다. 주기억장치 공간을 일정한 단위로 구획하여 관리하는 메모리 관리 기능이 이용되며, 세그먼트 방식이나 페이징 방식이 사용된다. 원래 주기억장치 용량이 부족할 때는 외부 캐시 메모리를 주기억장치 대신 사용하는 가상 메모리가 사용되기도 한다.
3. 1. 휘발성 메모리 (Volatile Memory)
휘발성 메모리는 전원이 공급되어야 저장된 정보를 유지하는 컴퓨터 메모리이다. 대부분의 현대 반도체 휘발성 메모리는 SRAM 또는 DRAM이다.[2][23][37] DRAM은 데스크톱 시스템 메모리에서 주류를 이루며, SRAM은 CPU 캐시와 메모리가 적게 필요한 소형 임베디드 시스템에 사용된다.
SRAM은 전원이 연결되어 있는 한 내용을 유지하며 DRAM 보다 간단한 인터페이스를 가지지만, 일반적으로 비트당 6개의 트랜지스터를 사용한다. 반면 DRAM은 인터페이스 및 제어가 더 복잡하며, 내용을 잃지 않도록 정기적인 재충전 주기가 필요하지만, 비트당 하나의 트랜지스터와 하나의 커패시터만 사용하여 훨씬 높은 밀도를 달성하고 비트당 비용이 훨씬 저렴하다.[2][23][37]
3. 1. 1. DRAM (Dynamic Random Access Memory)
쓰기가 가능한 RAM에는 시간이 지나면 기억 내용이 사라지는 DRAM(Dynamic Random Access Memory)과, 전기가 공급되는 한 기억 내용이 유지되는 SRAM(Static Random Access Memory)이 있다. DRAM은 SRAM보다 접근 속도가 느리지만, 구조적 차이로 인해 비트당 필요한 트랜지스터 수가 적어 기억 용량당 가격이 저렴하다. 따라서 대부분의 컴퓨터는 주 기억 장치로 DRAM을 채택한다.[40]3. 1. 2. SRAM (Static Random Access Memory)
SRAM은 전원이 연결되어 있는 한 내용을 유지하는 휘발성 메모리의 일종이다. 주로 CPU 캐시에 사용되며, 메모리 용량이 적게 필요한 소형 임베디드 시스템에도 사용된다.[2][23][37]SRAM은 DRAM보다 간단한 인터페이스를 가지지만, 일반적으로 비트당 6개의 트랜지스터를 사용한다. 반면 DRAM은 비트당 하나의 트랜지스터와 하나의 커패시터만 사용하여 훨씬 높은 밀도를 달성하고 비트당 비용이 더 저렴하다.[2][23][37]
일반적으로 SRAM은 DRAM보다 접근 속도가 빠르지만, 구조적 차이로 인해 DRAM이 비트당 필요한 트랜지스터 수가 적어 기억 용량당 가격이 저렴하다. 따라서 대부분의 컴퓨터는 주 기억 장치로 DRAM을 사용하고, 고속성이 요구되는 캐시 메모리에 SRAM을 사용한다.
3. 2. 비휘발성 메모리 (Non-Volatile Memory)
비휘발성 메모리는 전원이 공급되지 않을 때에도 저장된 정보를 보관할 수 있는 컴퓨터 메모리이다.[37] 자기 코어 메모리를 사용한 주기억장치는 전원 공급이 끊어져도 기억 내용을 유지할 수 있었다.3. 2. 1. ROM (Read-Only Memory)
읽기 전용 메모리는 전원이 꺼져도 저장된 정보를 유지할 수 있는 비휘발성 메모리의 한 종류이다.[37]3. 2. 2. 플래시 메모리 (Flash Memory)
플래시 메모리는 전원이 꺼져도 저장된 정보를 유지할 수 있는 비휘발성 메모리의 일종이다.[37] 읽기 전용 메모리와 더불어, 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크, 자기 테이프 등의 자기 저장 장치, 광 디스크, 초기 컴퓨터 저장 방식인 자기 드럼, 종이 테이프, 천공 카드 등이 비휘발성 메모리의 예시에 해당한다.[37]3. 2. 3. 기타 비휘발성 메모리
비휘발성 메모리는 전원이 꺼져도 저장된 정보를 유지할 수 있는 컴퓨터 메모리이다. 비휘발성 메모리의 예로는 읽기 전용 메모리, 플래시 메모리, 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크, 자기 테이프 같은 대부분의 자기 컴퓨터 저장 장치, 광 디스크, 자기 드럼, 종이 테이프, 천공 카드 같은 초기 컴퓨터 저장 방식 등이 있다.[37]현재 개발 중인 비휘발성 메모리 기술로는 강유전체 RAM, 프로그래밍 가능 금속화 셀, 스핀 전달 토크 자기 RAM, SONOS, 저항 변화 메모리, 레이스트랙 메모리, 나노 RAM, 3D XPoint, 밀리피드 메모리 등이 있다.
3. 3. 반휘발성 메모리 (Semi-Volatile Memory)
세 번째 메모리 범주는 ''반휘발성'' 메모리이다. 이 용어는 전원이 제거된 후 제한적인 비휘발성을 가지지만 결국 데이터가 손실되는 메모리를 설명하는 데 사용된다. 반휘발성 메모리를 사용할 때의 일반적인 목표는 휘발성 메모리와 관련된 높은 성능과 내구성을 제공하는 동시에 비휘발성 메모리의 몇 가지 이점을 제공하는 것이다.[38]예를 들어, 일부 비휘발성 메모리 유형은 쓰기 시 마모를 경험한다. ''마모된'' 셀은 휘발성이 증가하지만 다른 면에서는 계속 작동한다. 따라서 자주 쓰이는 데이터 위치는 마모된 회로를 사용하도록 지정될 수 있다. 알려진 보존 시간 내에 위치가 업데이트되는 한 데이터는 유효하게 유지된다. 일정 기간 업데이트 없이 지나면 값은 보존 기간이 더 긴, 덜 마모된 회로로 복사된다. 먼저 마모된 영역에 쓰면 마모되지 않은 회로의 마모를 방지하면서 높은 쓰기 속도를 낼 수 있다.[38]
두 번째 예로, STT-RAM은 큰 셀을 구축하여 비휘발성으로 만들 수 있지만, 그렇게 하면 비트당 비용과 전력 요구 사항이 증가하고 쓰기 속도가 감소한다. 작은 셀을 사용하면 비용, 전력 및 속도가 향상되지만 반휘발성 동작을 보인다. 일부 응용 프로그램에서는 전원을 제거했지만 데이터가 손실되기 전에 강제로 깨우거나, 읽기 전용 데이터를 캐싱하고 전원 차단 시간이 비휘발성 임계값을 초과하면 캐시된 데이터를 삭제하는 방식으로 증가된 휘발성을 관리하여 비휘발성 메모리의 많은 이점을 제공할 수 있다.[39]
반휘발성이라는 용어는 nvSRAM과 같이 다른 메모리 유형으로 구성된 반휘발성 동작을 설명하는 데도 사용된다. nvSRAM은 동일한 칩에서 SRAM과 비휘발성 메모리를 결합한다. 여기서 외부 신호는 휘발성 메모리에서 비휘발성 메모리로 데이터를 복사하지만, 복사가 발생하기 전에 전원이 제거되면 데이터가 손실된다. 또 다른 예는 외부 배터리를 사용하여 외부 전원 손실 시 메모리 장치에 전력을 공급하는 배터리 백업 RAM이다. 전원이 장기간 꺼져 있으면 배터리가 소모되어 데이터가 손실될 수 있다.[37]
4. 메모리 관리
메모리의 적절한 관리는 컴퓨터 시스템 작동에 매우 중요하다. 현대 운영 체제는 메모리 관리를 위한 복잡한 시스템을 갖추고 있으며, 그렇지 못할 경우 버그나 성능 저하가 발생할 수 있다.
현대 컴퓨터 시스템에서는 운영 체제와 메모리 관리 하드웨어의 연계를 통해 프로세스마다 보호된 주 기억 장치의 메모리 공간을 가상으로 할당하는 가상 기억 장치를 사용한다. 주 기억 장치의 공간은 일정한 단위로 구획되어 관리되며, 세그먼트 방식이나 페이징 방식이 사용된다.
주 기억 장치 용량이 부족할 때는 외부 캐시 메모리를 대신 사용하기도 하는데, 이를 가상 메모리라고 부른다.
4. 1. 가상 메모리 (Virtual Memory)
가상 메모리는 운영 체제가 관리하며, 최신 CPU의 일부인 메모리 관리 장치의 지원을 받아 작동한다. 이를 통해 여러 유형의 메모리를 사용할 수 있는데, 예를 들어 일부 데이터는 RAM에, 다른 데이터는 하드 드라이브 (스왑 파일)에 저장하여 캐시 계층 구조의 확장처럼 작동한다.가상 메모리는 다음과 같은 장점을 제공한다.
- 프로그래머는 데이터의 물리적 저장 위치나 컴퓨터 메모리 용량에 대해 걱정할 필요가 없다.
- 운영 체제는 활성 데이터를 하드 디스크보다 빠른 RAM에 배치한다.
- RAM 용량이 부족하면 스래싱이 발생할 수 있다.
현대적인 많은 컴퓨터 시스템에서는 운영 체제와 메모리 관리 하드웨어의 연계를 통해, 프로세스마다 보호된 주 기억 장치의 메모리 공간을 가상으로 할당하는 가상 기억 장치를 채용하고 있다. 주 기억 장치의 공간을 일정한 단위로 구획하여 관리하면서 이용하는 메모리 관리 기능이 이용되고 있으며, 그 방법에는 세그먼트 방식이나 페이징 방식이 있다.
원래의 주 기억 장치의 용량으로 부족할 때는 외부의 캐시 메모리를 주 기억 장치 대신으로 사용하는 경우가 있는데, 이것을 가상 메모리라고도 부른다.
4. 2. 메모리 보호 (Protected Memory)
보호된 메모리는 각 프로그램에 사용할 메모리 영역을 할당하고 해당 범위를 벗어나지 못하도록 하는 시스템이다. 운영 체제가 프로그램이 해당 프로그램에 속하지 않은 메모리를 변경하려고 시도한 것을 감지하면 해당 프로그램은 종료되거나(또는 제한되거나 재지정됨)한다. 이러한 방식으로 잘못된 동작(우발적이든 의도적이든)으로 인해 문제가 되는 프로그램만 충돌하며 다른 프로그램은 영향을 받지 않는다. 보호된 메모리를 사용하면 컴퓨터 시스템의 안정성과 보안이 크게 향상된다.보호된 메모리가 없으면 한 프로그램의 버그가 다른 프로그램에서 사용되는 메모리를 변경할 수 있다. 이로 인해 다른 프로그램이 손상된 메모리에서 실행되어 예측할 수 없는 결과가 발생한다. 운영 체제의 메모리가 손상되면 전체 컴퓨터 시스템이 충돌하여 재부팅해야 할 수 있다. 때때로 프로그램은 의도적으로 다른 프로그램에서 사용되는 메모리를 변경하기도 하는데, 이는 바이러스 및 맬웨어가 컴퓨터를 장악하기 위해 수행하는 방식이다. 또한 다른 프로그램을 수정하려는 바람직한 프로그램, 예를 들어 중단점이나 훅을 삽입하는 디버거에서 양성적으로 사용될 수도 있다.
현대적인 많은 컴퓨터 시스템에서는, 운영 체제와 메모리 관리 하드웨어의 연계를 통해, 프로세스마다 보호된 주 기억 장치의 메모리 공간을 가상으로 할당하는, 가상 기억 장치를 채용하고 있다. 따라서, 주 기억 장치의 공간을 일정한 단위로 구획하여 관리하면서 이용하는 메모리 관리 기능이 이용되고 있다. 그 방법에는, 세그먼트 방식이나 페이징 방식이 있다.
4. 3. 메모리 누수 (Memory Leak)
메모리 누수는 프로그램이 운영 체제에 메모리를 요청하고, 해당 메모리를 사용한 후에도 반환하지 않을 때 발생한다. 이러한 버그가 있는 프로그램은 운영 체제가 메모리를 소진함에 따라 점차 더 많은 메모리를 필요로 하며, 결국 프로그램이 실패하게 된다.4. 4. 버퍼 오버플로우 (Buffer Overflow)
버퍼 오버플로우는 프로그램이 할당된 공간의 끝에 데이터를 쓰고, 그 후 다른 목적으로 할당된 메모리에 계속해서 데이터를 쓸 때 발생한다. 이는 메모리 접근 오류, 잘못된 결과, 프로그램 충돌 또는 시스템 보안 침해를 포함한 불안정한 동작을 초래할 수 있다. 따라서 버퍼 오버플로우는 많은 소프트웨어 취약점의 기반이 되며, 악의적으로 악용될 수 있다.5. 고장 진단
서버나 개인용 컴퓨터의 하드웨어에서 고장이 가장 발생하기 쉬운 것 중 하나가 주기억장치이다. 따라서 윈도우 10과 같은 운영체제에서는 "Windows 메모리 진단" 도구를 사용할 수 있다. 주기억 장치가 고장나면 다음과 같은 현상이 발생한다.
- 전원을 켜도 운영체제가 시작되지 않고 블루 스크린이 표시된다.
- 운영체제 시작 도중에 재부팅을 반복한다.
- 운영체제가 시작되어 PC를 일정 시간 조작하는 도중에 화면이 스노우 노이즈처럼 되어 조작 불가능해진다.
PC에 여러 개의 주기억 장치를 장착한 경우, 하나라도 고장난 주기억 장치가 있으면 다른 주기억 장치가 정상이라도 위와 같은 문제가 발생한다. 주 기억 장치를 하나씩 제거하여 어떤 주기억 장치가 고장났는지 특정할 필요가 있다.
참조
[1]
뉴스
DDR5 Era To Officially Begin In 2021, With DRAM Market Currently Transitioning Between Generations, Says TrendForce
https://www.emsnow.c[...]
EMSNow
2020-11-05
[2]
웹사이트
Computer memory
https://www.britanni[...]
2016-02-15
[3]
문서
Programmer's Handbook for Manchester Electronic Computer Mark II
http://www.alanturin[...]
University of Manchester
[4]
웹사이트
Documentation for /proc/sys/vm/
https://www.kernel.o[...]
[5]
웹사이트
The MOS Memory Market
http://smithsonianch[...]
Smithsonian Institution
[6]
웹사이트
MOS Memory Market Trends
http://smithsonianch[...]
Smithsonian Institution
[7]
웹사이트
1960 - Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated
https://www.computer[...]
Computer History Museum
[8]
웹사이트
1953: Whirlwind computer debuts core memory
https://www.computer[...]
[9]
웹사이트
1966: Semiconductor RAMs Serve High-speed Storage Needs
https://www.computer[...]
[10]
웹사이트
1953: Transistors make fast memories The Storage Engine Computer History Museum
https://www.computer[...]
[11]
서적
Semiconductors and the Information Revolution: Magic Crystals that made IT Happen
https://books.google[...]
Academic Press
2009
[12]
서적
Solid State Design - Vol. 6
https://books.google[...]
Horizon House
1965
[13]
웹사이트
1970: MOS Dynamic RAM Competes with Magnetic Core Memory on Price
https://www.computer[...]
[14]
학술회의
1965 IEEE International Solid-State Circuits Conference. Digest of Technical Papers
1965-02
[15]
웹사이트
1968: Silicon Gate Technology Developed for ICs
https://www.computer[...]
[16]
학술지
Recollections on MOSFET Scaling
2007
[17]
웹사이트
DRAM
https://www.ibm.com/[...]
IBM
2017-08-09
[18]
웹사이트
Spec Sheet for Toshiba "TOSCAL" BC-1411
http://www.oldcalcul[...]
[19]
웹사이트
Toshiba "Toscal" BC-1411 Desktop Calculator
http://www.oldcalcul[...]
[20]
웹사이트
1966: Semiconductor RAMs Serve High-speed Storage Needs
https://www.computer[...]
[21]
웹사이트
Robert Dennard
https://www.britanni[...]
[22]
웹사이트
Intel: 35 Years of Innovation (1968–2003)
https://www.intel.co[...]
Intel
[23]
웹사이트
The DRAM memory of Robert Dennard
http://history-compu[...]
[24]
서적
History of Semiconductor Engineering
https://books.google[...]
Springer Science & Business Media
2007
[25]
웹사이트
KM48SL2000-7 Datasheet
https://www.datashee[...]
Samsung
1992-08
[26]
학술지
Electronic Design
https://books.google[...]
Hayden Publishing Company
1993
[27]
서적
Embedded System Design with C805
https://books.google[...]
Cengage Learning
2008-12-05
[28]
서적
Business Intelligence: Second European Summer School, eBISS 2012, Brussels, Belgium, July 15-21, 2012, Tutorial Lectures
https://books.google[...]
Springer
2013-01-17
[29]
웹사이트
1971: Reusable semiconductor ROM introduced
https://www.computer[...]
[30]
학술지
Electrically reprogrammable nonvolatile semiconductor memory
1972
[31]
웹사이트
Unsung hero
https://www.forbes.c[...]
2002-06-24
[32]
특허
[33]
웹사이트
Toshiba: Inventor of Flash Memory
http://www.flash25.t[...]
[34]
학술회의
1987 International Electron Devices Meeting
IEEE
[35]
웹사이트
1987: Toshiba Launches NAND Flash
https://www.eweek.co[...]
2012-04-11
[36]
웹사이트
1971: Reusable semiconductor ROM introduced
https://www.computer[...]
2019-06-19
[37]
서적
Windows Server 2008 Inside Out
https://books.google[...]
O'Reilly Media, Inc.
2012-08-20
[38]
웹사이트
Semi-volatile NAND flash memory
https://patents.goog[...]
2018-05-20
[39]
웹사이트
Method and apparatus for managing a spin-transfer torque memory
https://patents.goog[...]
2018-05-20
[40]
웹사이트
特集：Windows 9x or Windows 2000？ コラム：Windowsの歴史、メモリの歴史（1） - ＠IT
https://atmarkit.itm[...]
[41]
웹사이트
メモリー不足を根本的に解決する64bit OSの仕組み (4/4)
https://ascii.jp/ele[...]
[42]
간행물
Programmer's Handbook for Manchester Electronic Computer Mark II
http://www.alanturin[...]
University of Manchester
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