컴퓨터 메모리

Computer memory
시스템 메모리 및 데이터 저장소 유형
일반
휘발성
들이받다
역사적
비휘발성
롬
NVRAM
초기 NVRAM
아날로그 녹화
광학
개발중
역사적
최신 DDR4 SDRAM 모듈, 보통 데스크탑 컴퓨터에서 발견된다.

컴퓨팅에서 메모리는 컴퓨터나 관련 컴퓨터 하드웨어 및 디지털 전자장치에서 즉시 사용하기 위한 정보를 저장하는 데 사용되는 장치나 시스템이다.[1]메모리라는 용어는 종종 기본 스토리지 또는 메인 메모리라는 용어와 동의어다.기억의 오래된 동의어는 저장이다.[2]

컴퓨터 메모리는 속도가 느리지만 가격이 저렴하고 용량이 큰 스토리지에 비해 빠른 속도로 작동한다.열린 프로그램을 저장하는 것 외에도, 컴퓨터 메모리는 읽기 및 쓰기 성능을 향상시키는 디스크 캐시 및 쓰기 버퍼의 역할을 한다.운영 체제는 소프트웨어를 실행하여 필요하지 않은 한 캐싱을 위해 RAM 용량을 빌린다.[3]필요한 경우 컴퓨터 메모리의 내용을 저장소로 전송할 수 있다. 이를 위한 일반적인 방법은 가상 메모리라고 불리는 메모리 관리 기법을 통해서이다.

현대식 메모리는 반도체 메모리로 구현되는데,[4][5] 이 메모리는 통합 회로의 MOS 트랜지스터 및 기타 부품으로부터 만들어진 메모리 셀에 데이터가 저장된다.[6]반도체 메모리에는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 두 가지 주요 종류가 있다.비휘발성 메모리의 예로는 플래시 메모리와 ROM, PROM, EPROM, EEPROM 메모리가 있다.휘발성 메모리의 예로는 1차 스토리지에 사용되는 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM)와 CPU 캐시에 사용되는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)가 있다.

대부분의 반도체 메모리는 각각 1비트(0 또는 1)를 저장하는 메모리 셀로 구성된다.플래시 메모리 조직은 메모리 셀당 1비트와 셀당 여러 비트를 저장할 수 있는 다단계 셀을 모두 포함한다.메모리 셀은 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 또는 128 비트 등 고정된 단어로 그룹화된다.각 단어는 N비트의 이진 주소로 접근할 수 있어 메모리에 2개의N 단어를 저장할 수 있다.

역사

ENIAC 섹션의 뒷면에 진공 튜브가 표시되는 상세 정보.
8바이트의 자기 코어 메모리 위에 8GB microSDHC 카드(1코어는 1비트)

1940년대 초, 메모리 기술은 종종 몇 바이트의 용량을 허용했다.최초의 전자 프로그램 가능 디지털 컴퓨터인 ENIAC는 수천 개의 진공 튜브를 사용하여 진공 튜브에 저장된 열 개의 소수 자릿수 20자리를 포함하는 간단한 계산을 수행할 수 있었다.

다음으로 컴퓨터 메모리의 중요한 발전은 1940년대 초에 J. Presper Eckert에 의해 개발된 음향 지연 선 메모리와 함께 왔다.수은으로 채워진 유리관을 만들고 각 끝에 석영 결정으로 연결함으로써 지연선은 수은을 통해 전파되는 음파의 형태로 정보의 조각들을 저장할 수 있었고, 석영 결정들은 비트를 읽고 쓰는 변환기의 역할을 했다.지연선 메모리는 최대 수천 비트의 용량으로 제한되었다.

지연선에 대한 두 가지 대안인 윌리엄스 튜브와 셀렉트론 튜브는 1946년에 시작되었는데, 둘 다 저장 수단으로 유리 튜브의 전자 빔을 사용했다.브라운관을 사용하여, 프레드 윌리엄스는 윌리엄스 튜브를 발명했는데, 이것은 최초의 무작위 액세스 컴퓨터 메모리였다.윌리엄스 튜브는 셀렉트론 튜브보다 더 많은 정보를 저장할 수 있었고(셀렉트론은 256비트로 제한되었고, 윌리엄스 튜브는 수천 개의 정보를 저장할 수 있었다) 더 저렴하게 저장할 수 있었다.윌리엄스 튜브는 그럼에도 불구하고 환경 장애에 답답할 정도로 민감했다.

비휘발성 메모리를 찾기 위한 노력은 1940년대 후반에 시작되었다.전력 손실 후 메모리 리콜이 가능한 자기 코어 메모리.그것은 Frederick W에 의해 개발되었다.1940년대 후반에 비에헤와 안왕, 그리고 제이 포레스터와 얀 A에 의해 향상되었다. Rajchman은 1953년 Whirlwind 컴퓨터로 상업화되기 전인 1950년대 초반에 상업화되었다.[7]마그네틱 코어 메모리는 1960년대 MOS 반도체 메모리가 개발되기 전까지 메모리의 지배적인 형태였다.[8]

최초의 반도체 메모리는 1960년대 초 양극성 트랜지스터를 이용한 플립플롭 회로로 구현되었다.[8]이산형 기기로 만든 반도체 메모리는 1961년 텍사스인스트루먼트에 의해 미 공군에 처음 선적되었다.같은 해, 통합 회로(IC) 칩의 솔리드 스테이트 메모리 개념은 페어차일드 반도체에서 애플리케이션 엔지니어 밥 노먼에 의해 제안되었다.[9]최초의 양극성 반도체 메모리 IC칩은 1965년 IBM이 도입한 SP95다.[8]반도체 메모리는 마그네틱 코어 메모리보다 향상된 성능을 제공했지만, 1960년대 후반까지 더 크고 더 비싼 메모리를 대체하지 않았다.[8][10]

MOS 메모리

주요기사 : MOS 메모리

금속-산화-반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)의 발명으로 금속-산화-반도체(MOSFET) 트랜지스터를 메모리 셀 저장 소자로 실용화할 수 있게 되었다.MOS 메모리는 1964년 Fairchild Semiconductor에서 존 슈미트에 의해 개발되었다.[11]MOS 반도체 메모리는 성능은 물론 자기 코어 메모리보다 저렴하고 전력 소모도 적었다.[12]1965년 왕립 레이더 구축소의 J. Wood와 R. Ball은 전원 공급용 MOSFET 전원 장치, 스위치, 지연선 저장장치 외에 CMOS(복합 MOS) 메모리 셀을 사용하는 디지털 스토리지 시스템을 제안했다.[13]1968년 페어차일드(Fairchild)에서 페데리코 파긴(Federico Faggin)이 개발한 실리콘-게이트 MOS IC(MOS IC) 기술은 MOS 메모리 칩 생산을 가능하게 했다.[14]NMOS 메모리는 1970년대 초 IBM에 의해 상용화되었다.[15]MOS 메모리는 1970년대 초 자성 코어 메모리를 지배적인 메모리 기술로 추월했다.[12]

휘발성 RAM(Random-Access Memory)의 두 가지 주요 유형은 정적 RAM(Random-Access Memory)과 동적 RAM(Dynamic Random-Access Memory)[12]이다. 양극성 SRAM은 1963년 Fairchild Semiconductor에서 로버트 노먼에 의해 발명되었고,[8] 1964년 Fairchild에서 존 슈미트가 MISM.SRAM은 자기 코어 메모리의 대안이 되었지만 데이터 비트당 6개의 트랜지스터가 필요하다.[16]SRAM의 상업적 사용은 1965년에 IBM이 System/360 Model 95에 SP95 SRAM 칩을 도입하면서 시작되었다.[8]

도시바는 1965년 토스칼 BC-1411 전자계산기에 양극성 D램 메모리 셀을 도입했다.[17][18]성능이 개선된 반면 양극성 D램은 당시 지배적이었던 자기 코어 메모리의 낮은 가격과 경쟁할 수 없었다.[19]MOS 기술은 현대 D램의 기반이다.1966년 IBM Thomas J. Watson Research Center의 Robert H. Dennard는 MOS 메모리를 연구하고 있었다.MOS 기술의 특성을 조사하던 중, 그는 캐패시터를 만드는 것이 가능하다는 것을 알게 되었고, 충전 또는 무충전이 MOS 캐패시터에 저장하는 것은 1과 0을 나타내는 반면, MOS 트랜지스터는 캐패시터에 대한 충전을 쓰는 것을 제어할 수 있다는 것을 알게 되었다.이로 인해 그는 단일 트랜지스터 D램 메모리 셀을 개발하게 되었다.[16]1967년 Dennard는 MOS 기술을 기반으로 한 단일 트랜지스터 DRAM 메모리 셀에 대한 특허를 출원했다.[20]이는 1970년 10월 최초의 상용 D램 IC칩인 인텔 1103으로 이어졌다.[21][22][23]동기식 동적 랜덤 액세스 메모리(SDRAM)는 이후 1992년 삼성 KM48SL2000 칩으로 출시되었다.[24][25]

메모리라는 용어는 현대의 플래시 메모리를 통해 읽기 전용 메모리(ROM)를 포함한 비휘발성 메모리를 가리키는 말로도 자주 쓰인다.프로그램 가능한 읽기 전용 메모리(PROM)는 1956년 미국 보쉬 아르마 주식회사의 아르마 사업부에서 근무하던 중 Wen Ching Chow에 의해 발명되었다.[26][27]1967년 벨랩스의 다원 카엥과 사이먼 스제(Simon Sze)는 MOS 반도체 소자의 플로팅 게이트를 1971년 인텔의 도브 프로만(Dov Frohman)이 EPROM(지우기 가능한 PROM)을 발명하게 된 재프로그래밍 ROM의 세포에 사용할 수 있다고 제안했다.[28]EEPROM(전기로 소거할 수 있는 PROM)은 1972년 타루이 야스오, 하야시 유타카, 나가 기요코에 의해 전기기술연구소에서 개발되었다.[29]플래시 메모리는 1980년대 초 도시바에서 후지오 마스오카에 의해 발명되었다.[30][31]마스오카와 동료들은 1984년에 NOR 플래시의 발명을,[32] 1987년에 낸드 플래시의 발명을 발표했다.[33]도시바는 1987년 낸드플래시 메모리를 상용화했다.[34][35][36]

기술 발전과 규모의 경제 발전은 소위 VLM(Very Large Memory) 컴퓨터를 가능하게 했다.[36]

휘발성 메모리

다양한 유형의 DRAM을 포함하는 다양한 메모리 모듈(위에서 아래로):DDR SDRAM, SDRAM, 에도 DRAM, FPM DRAM
주요 기사:휘발성 메모리

휘발성 메모리는 저장된 정보를 유지하기 위해 전원이 필요한 컴퓨터 메모리다.현대 반도체 휘발성 메모리는 대부분 정적램(SRAM)이나 동적램(DRAM)으로 전원이 연결되고 인터페이스가 간단한 한 콘텐츠를 유지하지만 비트당 6개의 트랜지스터를 사용한다.Dynamic RAM은 인터페이스와 제어에 더욱 복잡해 내용물 손실을 방지하기 위해 정기적인 리프레시 사이클이 필요하지만, 트랜지스터 1개와 캐패시터 1개만 사용하여 훨씬 높은 밀도와 비트당 훨씬 저렴한 비용에 도달할 수 있다.[1][22][36]

SRAM은 D램이 지배하는 데스크톱 시스템 메모리에는 가치가 없지만 캐시 메모리에 사용된다.SRAM은 수십 킬로바이트 이하의 소형 임베디드 시스템에서 흔히 볼 수 있다.그동안 S램과 D램의 경쟁이나 교체를 시도했던 휘발성 메모리 기술로는 Z램과 A램이 있다.

비휘발성 메모리

주요 기사: 비휘발성 메모리

비휘발성 메모리는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 유지할 수 있는 컴퓨터 메모리다.비휘발성 메모리의 예로는 읽기 전용 메모리(ROM 참조), 플래시 메모리, 대부분의 자석 컴퓨터 저장 장치(하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 및 마그네틱 테이프 등), 광 디스크, 그리고 종이 테이프, 펀치 카드와 같은 초기 컴퓨터 저장 방법이 있다.[36]

앞으로 나올 비휘발성 메모리 기술로는 FERAM, CBRAM, PRAM, STT-RAM, SONOS, RRAM, 경마 메모리, NRAM, 3D XPoint, 밀리페이드 메모리 등이 있다.

반휘발성 메모리

세 번째 범주의 메모리는 "반휘발성"이다.이 용어는 전원이 제거된 후 비휘발성 지속시간이 제한적인 메모리를 설명하기 위해 사용되지만, 결국 데이터가 손실된다.반휘발성 메모리를 사용할 때의 일반적인 목표는 실제 비휘발성 메모리의 이점을 제공하는 동시에 휘발성 메모리와 관련된 높은 성능/확장성/등급을 제공하는 것이다.

예를 들어, 일부 비휘발성 메모리 유형은 마모될 수 있으며, 여기서 "마모된" 셀은 변동성을 증가시키지만 그렇지 않으면 계속 작동한다.따라서 자주 쓰여지는 데이터 위치는 마모된 회로를 사용하도록 지시할 수 있다.위치가 알려진 보존 시간 내에 업데이트되는 한, 데이터는 유효하다.업데이트 없이 보존 시간이 "만료"되는 경우, 이 값은 보존 기간이 긴 덜 마모된 회로에 복사된다.마모된 부분에 먼저 글을 쓰면 쓰기율이 높은 반면 마모되지 않은 회로는 마모를 피할 수 있다.[37]

두 번째 예로, STT-RAM은 큰 셀을 구축하여 비휘발성을 만들 수 있지만, 비트당 비용과 쓰기 파워는 상승하는 반면 쓰기 속도는 낮아진다.작은 셀을 사용하면 비용, 전력, 속도가 향상되지만 반휘발성 동작으로 이어진다.일부 애플리케이션에서 변동성 증가는 예를 들어 전원을 제거하지만 데이터가 손실되기 전에 웨이크업(Wake-up)을 강요하거나, 전원 끄기 시간이 비휘발성 임계값을 초과할 경우 읽기 전용 데이터를 캐슁하고 캐시된 데이터를 폐기함으로써 비휘발성 메모리의 많은 이점을 제공할 수 있다.[38]

반휘발성이라는 용어는 다른 메모리 유형에서 생성된 반휘발성 동작을 설명하는 데에도 사용된다.예를 들어 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리가 결합되어 외부 신호가 휘발성 메모리에서 비휘발성 메모리로 데이터를 복사하지만 복사하지 않고 전원을 제거하면 데이터가 손실된다.또는 배터리 지원 휘발성 메모리, 그리고 외부 전원이 손실되면 배터리에서 휘발성 메모리의 전원을 계속 공급할 수 있는 알려진 기간이 있지만, 장기간 전원이 꺼지면 배터리가 방전되고 데이터가 손실된다.[36]

관리

주요 기사:메모리 관리

컴퓨터 시스템이 제대로 작동하려면 메모리의 적절한 관리가 필수적이다.현대의 운영체제는 메모리를 적절하게 관리하기 위한 복잡한 시스템을 가지고 있다.그렇지 않으면 버그, 성능 저하, 최악의 경우 바이러스 및 악성 소프트웨어에 의한 인수로 이어질 수 있다.

벅스

메모리의 부적절한 관리는 다음과 같은 유형을 포함하여 버그 발생의 일반적인 원인이다.

  • 산술적 오버플로에서 계산은 할당된 메모리가 허용하는 수보다 큰 결과를 낳는다.예를 들어, 서명된 8비트 정수는 -128에서 +127까지의 숫자를 허용한다.만약 그것의 값이 127이고 하나를 추가하라는 지시가 있다면, 컴퓨터는 128이라는 숫자를 그 공간에 저장할 수 없다.이러한 경우 숫자 값을 +128 대신 -128로 변경하는 등 원치 않는 조작이 발생한다.
  • 메모리 누수는 프로그램이 운영체제에 메모리를 요청했을 때 발생하며, 메모리가 완성되었을 때 절대 메모리를 반환하지 않는다.이 버그가 있는 프로그램은 프로그램이 고갈되면서 실패할 때까지 점점 더 많은 메모리가 필요할 것이다.
  • 프로그램에서 액세스 권한이 없는 메모리에 액세스하려고 할 때 분할 오류가 발생한다.일반적으로 그렇게 하는 프로그램은 운영체제에 의해 종료된다.
  • 버퍼 오버플로(buffer overflow)는 프로그램이 할당된 공간의 끝에 데이터를 쓴 다음 다른 목적으로 할당된 메모리에 데이터를 계속 쓰는 것을 의미한다.이로 인해 메모리 액세스 오류, 잘못된 결과, 충돌 또는 시스템 보안 위반을 비롯한 비정상적인 프로그램 동작이 발생할 수 있다.따라서 그것들은 많은 소프트웨어 취약성의 기본이며 악의적으로 악용될 수 있다.

초기 컴퓨터 시스템

초기 컴퓨터 시스템에서 프로그램은 일반적으로 메모리를 쓸 위치와 거기에 넣을 데이터를 명시했다.이 위치는 실제 메모리 하드웨어의 물리적 위치였다.그러한 컴퓨터의 느린 처리속도는 오늘날 사용되는 복잡한 메모리 관리 시스템을 허용하지 않았다.또한 그러한 시스템은 대부분 단일 태스크인 만큼 정교한 시스템은 그만큼 요구되지 않았다.

이 접근법은 함정이 있다.지정한 위치가 잘못되면 컴퓨터가 프로그램의 다른 부분에 데이터를 쓰게 된다.이런 오류의 결과는 예측할 수 없다.경우에 따라 잘못된 데이터가 운영 체제에서 사용하는 메모리를 덮어쓸 수 있다.컴퓨터 크래커는 이것을 이용하여 바이러스와 악성코드를 만들 수 있다.

가상 메모리

주요 기사:가상 메모리

가상 메모리는 모든 물리적 메모리가 운영체제에 의해 제어되는 시스템이다.프로그램이 메모리를 필요로 할 때, 그것은 운영체제에 그것을 요청한다.그런 다음 운영 체제는 프로그램의 코드와 데이터를 배치할 물리적 위치를 결정한다.

이것은 몇 가지 이점을 제공한다.컴퓨터 프로그래머들은 더 이상 데이터가 물리적으로 저장되는 장소나 사용자의 컴퓨터에 충분한 메모리가 있을지에 대해 걱정할 필요가 없다.그것은 또한 여러 종류의 메모리를 사용할 수 있게 한다.예를 들어, 일부 데이터는 물리적 RAM 칩에 저장할 수 있고 다른 데이터는 하드 드라이브(예: 스왑 파일)에 저장되어 캐시 계층의 확장으로 기능한다.이것은 프로그램에서 사용할 수 있는 메모리의 양을 급격하게 증가시킨다.운영체제는 능동적으로 사용한 데이터를 하드디스크보다 훨씬 빠른 물리적 RAM에 배치한다.RAM의 양이 현재 모든 프로그램을 실행하기에 충분하지 않을 경우, 컴퓨터가 작업을 수행하는 것보다 RAM에서 Disk로 데이터를 이동했다가 다시 이동하는 데 더 많은 시간을 소비하는 상황이 발생할 수 있다. 이를 스레싱이라고 한다.

보호 메모리

주요 기사:메모리 보호

보호 메모리는 각 프로그램에 사용할 메모리 영역이 부여되고 해당 범위를 벗어나는 것이 허용되지 않는 시스템이다.보호된 메모리를 사용하면 컴퓨터 시스템의 신뢰성과 보안을 모두 크게 향상시킨다.

보호된 메모리가 없다면, 한 프로그램의 버그가 다른 프로그램에서 사용하는 메모리를 바꿀 수 있다.이것은 다른 프로그램이 예측 불가능한 결과와 함께 손상된 메모리에서 벗어나게 할 것이다.운영 체제의 메모리가 손상되면 전체 컴퓨터 시스템이 충돌할 수 있으므로 재부팅해야 한다.때때로 프로그램은 다른 프로그램에서 사용하는 메모리를 의도적으로 변경한다.이것은 바이러스와 악성코드가 컴퓨터를 인수하기 위해 한다.그것은 또한 다른 프로그램을 수정하려는 바람직한 프로그램에 의해 긍정적으로 사용될 수 있다. 현대에는, 이것은 일반적으로 응용 프로그램의 나쁜 프로그래밍 관행으로 여겨지지만, 예를 들어 중단점이나 후크를 삽입하는 데 디버거와 같은 시스템 개발 도구에 의해 사용될 수 있다.

보호된 메모리는 프로그램에 자체 메모리 영역을 할당한다.운영 체제에서 프로그램이 해당 프로그램에 속하지 않는 메모리를 변경하려고 시도한 것을 감지하면 프로그램이 종료(또는 다른 방법으로 제한 또는 리디렉션)된다.이런 식으로 불쾌감을 주는 프로그램만 충돌하고, 다른 프로그램들은 (우발적이든 의도적이든) 오행의 영향을 받지 않는다.

보호된 메모리 시스템에는 가상 메모리도 거의 항상 포함된다.

참고 항목

메모들

참조

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추가 읽기

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