기억 장치

기억 장치의 계층 구조

접근 속도, 기억 용량의 크기, 가격에 따라 구분

레지스터 > 캐시메모리 > 주기억 장치 > 보조 기억 장치
순서대로 속도가 빠르고, 가격이 높고, 용량이 작음

중앙처리장치에 직접 연결된 기억 장치: 기억 용량이 작고 속도가 빠른 반면 비쌈

보조 기억 장치: 속도가 느리지만 가격이 저렴하고 기억 용량이 큼

주기억 장치

컴퓨터가 동작하는 동안 프로그램과 데이터, 연산의 중간 결과 등을 저장

RAM

• 전원 공급이 중단되면 저장된 정보가 모두 지워지는 휘발성 메모리
• 저장 위치에 관계없이 일정한 시간 내에 읽거나 쓸 수 있는 임의 접근 기억 장치

DRAM: 트랜지스터 내 축전지에 충전된 전하를 이용하여 정보를 저장하는 장치
- 장점: 가격 저렴, 전력 소비 낮음, 동작 속도 빠름, 집적도 높음
- 단점: 축전지의 전하는 시간이 지나면 방전(주기적인 재충전 필요)
- 특징: 대용량 메모리에 적합
SRAM: 플립플롭 기억소자로 구성된 저장 장치
- 장점: 전원이 공급되는 동안 정보가 계속 유지(주기적인 재충전이 필요 없음)
- 단점: DRAM에 비해 회로가 복잡, 전력 소모가 크며 고가임
- 특징: 캐시 메모리에 주로 이용

ROM

• 저장된 프로그램과 데이터를 읽기만 하는 기억 장치
• 정보의 기록 횟수와 저장 방식에 따라 마스크 ROM, PROM, EPROM, EEPROM으로 구분
• 장점: 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 영구적으로 보존할 수 있는 비휘발성 메모리
• 특징: 프로그램이나 데이터를 저장하는 데 사용

마스크 ROM: ROM을 제작할 때 공장에서 미리 정보를 기록하여 생산
PROM: 원하는 정보를 한 번만 쓸 수 있음
EPROM: 자외선을 이용하여 저장된 정보를 지운 후 새로운 정보를 기록할 수 있음(Erasable PROM)
EEPROM: 전기적인 펄스를 이용하여 저장된 정보를 지울 수 있음, 쓰기 전에 저장된 정보를 지울 필요 없음

플래시 메모리

• 전력 소비가 적음
• 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보가 보존되는 비휘발성 메모리
• 저장 용량이 큰 데이터 저장형과 처리 속도가 빠른 코드 저장용으로 구분

캐시 메모리

중앙 처리 장치에서 주기억 장치로의 긴 접근 시간으로 인해 성능이 저하되는 것을 방지하기 위한 메모리

• 원하는 정보가 캐시 메모리에 존재하면 즉시 읽어옴
• 존재하지 않을 경우 주기억 장치에서 캐시 메모리로 저장한 후 읽어옴
• 캐시 적중률(H) = 캐시 적중 횟수 ÷ 전체 기억 장치 참조 횟수
• 유효 접근 시간 = (H × 캐시메모리 접근 시간) + ((1 - H) × (캐시메모리 접근 시간 + 기억 장치 접근 시간))

보조 기억 장치

• 프로그램이나 데이터를 영구적으로 저장하는 대용량 저장 장치
• 순차접근 기억 장치와 직접접근 기억 장치로 구분

순차접근: 정보를 순차적으로 읽거나 씀 (자기 테이프)
직접접근: 저장 위치에 관계 없이 임의의 주소에 직접 접근하여 정보를 읽고 씀 (자기 디스크, 광 디스크 등)

자기 디스크

디스크 접근 시간 = 탐색 시간 + 회전 지연 시간 + 데이터 전송 시간

• 탐색 시간: 특정 데이터를 찾기 위해 액세스 암이 트랙까지 이동하는 데 걸리는 시간
• 회전 지연 시간: 회전하는 디스크에서 찾는 데이터의 저장 위치가 헤드까지 오는 데 걸리는 시간
• 데이터 전송 시간: 찾은 데이터를 주기억 장치에 전송하는 데 걸리는 시간

광 디스크

레이저 광선을 이용하여 원반 표면에 문서, 음성, 화상 등의 정보를 디지털 부호로 변화하여 기록하고 재생하는 기억 장치

• 장점: 블루레이 디스크는 기존 광디스크 저장 매체보다 대용량의 데이터를 저장할 수 있어서 디지털 방송 시대에 적합
• 구분: 데이터의 기록 가능 여부에 따라 판독형 디스크, 판독/기록형 디스크, 재기록형 디스크로 구분