기억 장치란 무엇일까?

기억 장치는 주기억 장치와 보조기억 장치로 분류합니다. 주기억 장치는 CPU와 직접 데이터를 주고받는 기억 장치이며 CPU가 현재 사용하고 있는 데이터와 정보를 저장합니다. 보조기억 장치에는 이를 제외한 모든 정보가 저장되어 있으며 필요에 따라 주기억 장치에 전송하여 처리합니다.

 

1. 주기억 장치

컴퓨터가 실행하는 데이터와 정보 그리고 응용 프로그램을 저장하는 기억 장치이며 random access한 특징이 있습니다. 현재 주기억 장치는 RAM으로 구성하며 일부를 ROM으로 구성합니다. RAM은 ROM에 비해 R/W가 가능하기 때문에 변경할 가능성이 있는 프로그램이나 데이터를 저장하여 ROM은 영구적으로 정보를 저장하는 특징이 있습니다.

 

1) 기억소자

(1) RAM

RAM은 전원이 꺼지면 저장한 내용이 없어지는 휘발성 메모리이며 그 종류로는 SRAM과 DRAM이 있습니다. SRAM은 플립플롭으로 구성되어 있으며 전원이 연결되어 있는 한 저장된 정보를 유지합니다. 또한 사용하기 쉽고 읽기/쓰기 동작이 빠르다는 장점이 있습니다. DRAM은 전하 형태로 정보를 저장하고 주기적으로 재충전을 해야 정보를 계속 유지합니다. 또한 전략 소비가 적고 집적도가 크며 가격이 싸다는 장점이 있습니다. 128x8 RAM IC 구조이며 기억 용량은 8비트의 128 위드이므로 7비트 주소 버스와 8비트 데이터 버스가 연결됩니다. R/W 신호는 기억 장치의 동작을 제어하며 Chip select 신호로 칩을 선택합니다. 기억 장치를 여러 칩으로 구성하는 경우에는 주소 비트를 디코딩한 Chip select 신호로 칩을 선택합니다.

(2) ROM

ROM에는 영구적으로 사용하는 정보를 저장하며 예를 들면 Bootstrap Loader와 같은 시스템 프로그램, 라이브러리 루틴, 함수표, 마이크로프로그램 등을 저장합니다. 512x8 ROM으로 9비트 주소선으로 주소를 지정하며 읽을 수만 있기 때문에 데이터 버스는 출력만 합니다. ROM은 하드웨어적으로 write 한 데이터를 읽어내기만 하는 메모리로서 내용을 변경할 수도 없고 전원을 차단하더라도 저장된 내용이 소멸되지 않는 기능을 가지고 있습니다. 마스크 ROM과 PROM과 EPROM 등이 있는데 마스크 ROM은 사용자 요구에 따라 반도체 메이커가 제조 시에 데이터를 입력하기 때문에 한 번 저장하면 그 내용을 바꿀 수 없어 융통성은 없으나 대량 생산에 적합합니다. 이와는 달리 사용자가 데이터를 써넣을 수 있는 프로그램이 가능한 ROM으로 PROM이 있는데 PROM 라이터라는 전용 기구로 프로그램을 써넣는다. 단 PROM도 역시 한 번 쓴 내용을 지울 수 있는 것과 없는 것 2가지가 있습니다. 후자는 IC 내부의 퓨즈나 반도체 집합부의 전기로 절단하거나 연결하는 등의 방법에 의해 정보를 기억합니다.

 

한 번 쓴 내용을 지울 수 있는 PROM을 EPROM라고 합니다. EPROM은 FAMOS형으로 MOS 내에 전하로 기억시킨 내용을 자외선으로 소거하는 방법과 전기적으로 소거하는 방법이 있습니다. 정보를 지우는 방법에는 자외선이나 X선 등으로 지우는 방법과 전기적으로 지우는 방법이 있습니다. 특히 전기적으로 지우는 PROM을 EEPROM이라 하고 전기적으로 특정한 비트의 정보를 바꿀 수 있는 ROM을 EAROM이라고 합니다.

 

2) 주기억 장치의 구성

기억 장치를 구성하는 방법은 사용하는 RAM, ROM의 용량 및 종류에 따라 다릅니다. 예를 들어 128x8 RAM 칩과 512x8 ROM 칩을 이용하여 주소 공간을 구성합니다. n개의 RAM은 8번째 및 9번째 주소 비트로 구분하며 RAM과 ROM은 10번째 주소 비트를 비교하여 구분할 수 있습니다.

 

2. 보조기억 장치

보조기억 장치는 기억 장치에 대한 접근 방식에 따라 직접 접근 기억 장치와 순차 접근 기억 장치로 나눌 수 있습니다. 따라서 DASD 방식의 대표적인 경우는 마그네틱 디스크이고 SASD 방식의 경우는 마그네틱 테이프를 주로 사용합니다. 또한 자주 사용하지 않지만 마그네틱 드럼, 마그네틱 버블 기억 장치 등도 보조기억 장치로 사용합니다. 보조기억 장치는 보통 움직이는 모터와 헤드를 가지고 있는 전기 기계식 장치이므로 접근 시간을 R/W 헤드가 지정된 위치에 도달하기 위해 필요한 탐색 시간과 데이터를 전송하기 위해 필요한 전송 시간으로 구성되어 접근 속도가 느립니다. 또한 탐색 시간이 전송 시간보다 길기 때문에 레코드나 블락 단위로 데이터를 저장하는 특징이 있습니다.

 

1) 마그네틱 디스크

자화 물질을 코팅한 금속 또는 플라스틱 평판으로 보통 디스크의 양면을 사용하며 디스크 표면마다 R/W 헤드가 있고 회전축을 중심으로 n개의 디스크를 케이크 형태로 쌓은 실린더 구조를 가지고 있습니다. 디스크 표면은 트랙과 섹터로 분할되어 있으며 대부분의 시스템은 섹터 단위로 저장합니다. 디스크 표면마다 R/W 헤드가 있는 가변 헤드 디스크 장치는 트랙 주소를 이용하여 헤드를 지정된 트랙으로 이동시킨 후 read 또는 write합니다. 각 표면의 트랙마다 헤드가 있는 고정 헤드 디스크 장치는 디코더를 이용하여 전자적으로 트랙을 선택합니다. 디스크 장치의 주소는 디스크 번호, 디스크 표면, 섹터 번호, 트랙 번호로 구성됩니다.

 

저장 장치에 영구적으로 부착되어 사용자가 제거할 수 없는 디스크를 하드디스크, 자유로이 제거할 수 있는 디스크를 플로피 디스크라 합니다. 플로피 디스크는 일반적으로 직경이 5.25인치와 3.5인치이며 3.5인치 디스크는 크기는 작지만 저장 용량은 더 큽니다.

 

2) 광 디스크

이미지 또는 사운드와 같이 용량이 큰 정보를 저장하기에 적합한 저장 미디어이며 기록 가능 유무에 따라 CD-ROM, CD-R, CD-MO 등으로 구분됩니다.

CD-ROM는 읽을 수만 있는 저장 장치이고, CD-R은 사용자가 기록 가능한 저장 장치로 한 번 기록이 가능한 장치와 남은 공간이 있으면 빈 공간에 여러 번 기록이 가능한 장치와 남은 공간이 있으면 빈 공간에 여러 번 기록될 수 있는 장치가 있습니다. 그러나 일단 기록하면 변경하거나 재기록할 수 없습니다. CD-MO는 광마그네틱 디스크로 정보를 반복하여 지우고 기록할 수 있는 저장 장치입니다.

 

3) 마그네틱 테이프

마그네틱 테이프는 자화 물질을 코팅한 플라스틱 테이프로 데이터 또는 정보가 트랙을 따라 테이프 위에 기록됩니다. 보통 패리티 비트를 포함하여 문자당 7~9 비트들이 동시에 기록됩니다. R/W 헤드는 문자를 연속으로 기록하고 읽을 수 있도록 각 트랙에 1개씩 설치되어 있습니다. 레코드라는 블락 단위로 정보를 기록하며 레코드 사이에 테이프가 멈출 수 있는 기록되지 않은 갭이 있습니다. 레코드의 시작과 끝에는 식별 비트가 표시되어 있어 테이프 제어 장치는 이를 이용하여 레코드 번호와 갭의 위치를 판단할 수 있습니다. 테이프 장치는 번호와 레코드 내의 문자수로 지정되며 레코드 크기는 고정 또는 가변으로 만들 수 있습니다.