Layer7 과제 - 하드웨어 1차시

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목차

1. ROM
2. RAM
3. HDD
4. SSD

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1. ROM

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ROM은 Read Only Memory의 약자로, 이름에서 알 수 있듯이 쓰기가 불가능해 읽기만 할 수 있으며 전원이 꺼져도 내용이 증발하지 않는 비휘발성 기억 장치이다.

용도 : 사용자가 임의로 내용을 변경할 수 없으므로 변경이 필요한 상황이 거의 없는 일정한 동작을 하는 프로그램을 저장하는 데 주로 사용됨. ex) BIOS, OS 등

종류 : 

MASK ROM	제조 공장에서 프로그램화하여 생산한 ROM -> 사용자가 내용 변경 불가 원리 :  처음 제조할 때 트랜지스터에 이온을 넣어서 물리적으로 기록해 내용 수정이 불가능함 데이터 읽기 :  읽기 셀의 Word선 전위를 0V로, 읽기 셀 이외의 Word선 전위를 Vcc로 Bit 선에 전압을 인가해, 전류가 흐르면 1로 판단
PROM(Programmable ROM)	ROM에 사용자가 입력할 수 있게 해주지만, 한 번만 가능 원리 :  MASK ROM과 달리 제조시 모든 퓨즈가 연결되어 생산되는데, 이를 기록하면 퓨즈가 끊어져서 0으로 읽히기 때문에 다시 수정할 수 없다.
EPROM(Erasable PROM)	자외선을 쏘여서 기입한 내용을 지우기 가능, PROM 프로그램 장치로 여러번 반복해서 기록 가능
EEPROM	전기적인 방법을 통해 기록된 내용을 여러 번 수정하거나 새로운 내용을 기록할 수 있는 ROM -> EPROM보다 훨씬 많은 횟수의 기록 가능 EPROM과 달리 선택 게이트를 통해 기록

-MASK ROM:

-PROM:

-EPROM:

-EEPROM

지네처럼 생겼다.

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2. RAM

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ROM과 구분되는 장치로는 RAM이 있다.
RAM(Random Access Memory)은 자유롭게 읽고 쓸 수 있는 기억장치로, 어느 위치에 있는 데이터든 똑같은 속도로접근해 읽고 쓸 수 있기 때문에 Random Access라는 이름을 갖게 되었다.

RAM은 휘발성 메모리이므로 현재 사용 중인 프로그램 내용이나 데이터가 저장되어 있다. -> 일반적으로 주기억 장치로 쓰임
그러므로 RAM의 용량이 커질수록 실행시킬 수 있는 프로세스의 양이 많아진다.

*주기억 장치 : 실행시킬 데이터나 프로그램을 기억하는 장치
  vs
 보조 기억 장치 : 많은 양의 데이터, 프로그램을 전원이 꺼진 후에도 보관

종류 : 

동적 램(Dynamic Random Access Memory)

정보를 구성하는 개개의 비트를 각기 분리된 축전기에 저장하는 기억장치이다(접근할 때는 상위 비트와 하위 비트 순서로 두 번 접근한다.). 각각의 축전기가 담고 있는 전자의 수에 따라 비트의 1과 0을 나타내지만 결국 축전기가 전자를 누전하므로 기억된 정보를 잃게 된다. 이를 방지하기 위해 기억 장치의 내용을 일정 시간마다 재생시켜야 되어 동적이란 명칭이 주어졌다. *축전기 : 전하를 모으고 방출해 안정적인 전기를 공급해줌. 또한, 특징으로는 화학에너지를 저장해두었다가 화학반응을 일으켜 전기에너지를 생산해 공급하는 배터리와 달리, 전기에너지 자체를 저장해두었다가 방출해준다. -> 전하 그 자체를 저장하기 때문에 배터리와 달리 충방전속도에 한계가 없다.

정적 램(Static Random Access Memory)

반도체 기억 장치의 한 종류로, 동적 램과 달리 기억 장치에 전원이 공급되는 한 그 내용이 계속 보존된다. 이 때, 플립플롭으로 작동하기 때문에 전류신호가 오기 전까지는 상태가 변하지 않는다.(물론 전원을 끄면 데이터를 잃어버린다.) SRAM에서 각각의 비트들은 네 개의 트랜지스터로 이뤄진 두 쌍의 인버터에 저장된다. 각각의 인버터가 0과 1의 값을 안정된 상태로 유지하고 두 개의 접근 트랜지스터가 읽기와 쓰기 기능을 각각 수행한다. (접근할 때는 동적 램과 달리 한 번에 접근 가능해 훨씬 빠른 입출력이 가능하다.) 접근속도가 빠르지만, 가격이 높고 용량이 상대적으로 적기 때문에 캐시 메모리로 사용되고 있다. *트랜지스터 : 전자 신호 및 전력을 증폭하거나 스위칭(전원 상태 조절)하는데 사용되는 반도체소자 *인버터 : 전력 변환기(직류 -> 교류)

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HDD, SSD
HDD와 SSD는 모두 비휘발성 메모리로서 컴퓨터의 전원이 꺼져도 내용이 보존되는 기억 장치이다.
최근에는 저장용량이 테라바이트를 넘기는 등 급진적인 발전이 일어나고 있다.

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HDD

원판 - 플래터, 삼각형 - 헤드, 코어 - 스핀들

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Hard Disk Drive의 약자로 당시 사용되던 플로피 디스크와 비교했을 시, 상대적으로 단단한 금속판을 이용했기 때문에 이런 이름을 갖게 되었다.

HDD는 몇십년간 애용되오던 플래시 메모리형 보조 기억장치로서, 자기장의 원리로 정보를 저장한다.
(0번째 섹터부터 512바이트는 부트섹터인데, 여기에는 컴퓨터를 부팅할 때 쓰는 중요 데이터들이 저장되어 있다.)

작동원리 : 

자성 물질이 코팅되어 있는 플래터라는 둥근 원판의 집합이 금속 케이스 안에 들어있으며, 둥근 원판 가운데 있는 스핀들이 이 플래터를 회전시켜 헤드가 내용을 읽고 쓰게 해준다.
(헤드는 읽고 쓰는 역할을 하는 미세한 두 부품으로 나뉘어져 있다.)

데이터를 물리적으로 저장하고 있기 때문에 전기적 충격이나 접근에 취약하고, 심지어 플래터 사이의 간격이 더 줄어들고 있으므로 조심해서 다뤄야 한다.

작동 방식 종류 : 

내용 저장 :
전자석의 원리로 동작한다.
헤드에 코일이 감겨 있으며 전류가 흐르는 코일이 자석 역할을 해 전자석에서 방출되는 자기장을 이용해 플래터 표면의 미세한 극성을 뒤바꿔 0 또는 1로 변화시킨다.

내용 읽기 :
자기저항 소자가 디스크 표면을 표류하면서 플래터에서 방출되는 자기장의 방향을 감지한다.
감지한 방향에 관한 정보를 전압 변화로 변화시킨 후, 이것을 넘겨주어 우리가 이해할 수 있는 데이터 형식으로 변환해 화면에 보여준다.

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SSD

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Solid State Drive의 약자로, 자기적인 특성을 이용한 HDD와 달리 SSD는 전기적인 원리를 사용해 데이터를 저장한다.
CPU와 작동속도 차이가 나기 때문에 버퍼를 이용한다.

*낸드 플래시 : SSD에 사용되는 회로

*셀 : 낸드 플래시에 저장할 수 있는 단위

작동 방식의 종류 : 

내용 저장 : 

인터페이스를 통해 저장하고자 하는 데이터를 받으면 컨트롤러가 플래시 메모리의 어느 곳에 데이터를 저장할지 결정한 후, 플래시 메모리의 물리적인 주소를 지정해 데이터를 저장한다.
이때, 페이지 단위로만 저장이 가능하기 때문에 단 한 바이트만 저장한다고 해도 페이지 전체에 쓰게 된다.
그래서 데이터를 변경할 때는 페이지 전체가 내부 레지스터로 복사된 후, 레지스터에서 변경되어 새로운 페이지로 기록된다.
이렇게 변경한 페이지가 새로운 페이지에 쓰여지면 삭제되기 전까지 그대로 남게 된다.

내용 읽기 :

읽기도 한 번에 하나의 페이지보다 작은 크기의 데이터를 읽을 수는 없다.
따라서 SSD는 한 페이지 전체를 통째로 읽고 필요없는 부분을 버려 사용자가 요청한 데이터만 반환하게 된다.

내용 삭제 :
페이지는 덮어 쓰기가 안 되기 때문에 사용 중이 아닌 페이지는 삭제되는 작업을 거친다.
그러나 삭제는 단일 페이지 단위로 처리될 수 없고 그 페이지가 포함된 블록을 통째로 삭제해야 된다.

사용자는 이 세 가지 방식 중 읽기와 쓰기만 할 수 있고, 삭제 명령은 컨트롤러가 공간이 필요할 때 자동적으로 시행한다.