메모리

1. 메모리란 무엇인가?

 

메모리는 데이터를 기억하는 장치로서 반도체 칩은 크게 메모리분야와 비 메모리 분야로 나뉜다. 메모리 분야에서 대표적인 것은 DRAM으로서 대량생산을 통한 원가 절감으로 상대적으로 가격이 싸면서도 범용으로 사용할 수 있는 칩이며 비 메모리 분야는 ASIC으로 원하는 기능만을 집어넣어서 특별한 프로세서를 만드는 것으로 대표적인 예가 CPU이다.

메모리는 프로세서가 사용하는 작업공간인 동시에 프로세서에 의해서 사용하는 데이터 및 프로그램 등을 임시로 저장하는 공간으로 이들이 모두 메모리 안에 존재한다. 메모리에 저장하는 것은 임시적인 것으로 간주하는데, 그 이유는 메모리안에 데이터와 프로그램들이 보존되기 위해서 컴퓨터에 전원이 공급되어 있어야 하기 때문이다. 메모리는 전원 공급이 끊기면 저장된 내용을 모두 잃기 때문에 이를 휘발성이라고 한다. 따라서 컴퓨터를 끄거나 리셋하기

전에 데이터에 변동이 생겼다면 훨씬 더 영구적인 저장 장치(예를 들면 하드디스크)에 저장하여야 한다. 그래야만 나중에라도 다시 메모리에 해당 데이터를 읽어들여 사용할 수 있다.

이러한 일반적으로 말하는 메모리는 RAM(Random Access Memory)라 부르며, 이러한 RAM은 데이터가 메모리 어디에 위치하던지 빠른 속도로 랜덤하게 억세스할 수있다.

 

2. 메모리 패키지 형태상 구분

 

SIMM과 DIMM

 

SIMM과 DIMM은 각 모듈이 프로세서의 데이터 버스와 데이터 전송방법에 따라구분한다. 메모리 형태는 프로세서 발달과 밀접한 관련이 있다. 286 시절까지의 메모리는 DIP 형태의 메모리가 사용되었는데, DIP형태의 메모리는 뱅크별로 많은 수의 메모리를 설치함에 있어 어려움이 있었다. 이런 시점에서 인텔이 최초의 32비트 프로세서로 386 프로세서를 발표함에 따라 메인보드 제조사들 역시 다른 형태의 메모리 기술을 실험하기 시작했다. 그 결과 만들어진 것이 SIMM(Single In line Memory Module)이다. SIMM은 다양한 형태의 모양, 크기, 속도로 만들어져 매우 성공적으로 PC의 가장 기본적인 메모리 형태로 자리를 잡게 되었다.

SIMM에는 30핀과 72핀 형태가 있다.

30핀 SIMM은 모듈의 아래 부분을 따라서 얇은 금색의 30핀 열을 가지고 있으며, 각 핀들의 양면 모두 동일하게 전기적으로 연결된다. 이 핀에서 모듈이 조절할 수 있는 데이터 양을 결정한다.

30핀 SIMM은 8비트 데이터 대역폭을 가지도록 설계되었으며, 이것은 인텔 286프로세서에 맞추어진 것이다. 즉 30핀 SIMM 2개를 설치해서 16비트의 대역폭을 가진다.

프로세서가 386, 486등 32비트로 발전함에 따라 30핀 SIMM은 증가하는 대역폭에 발맞추지 못해 병목현상을 가져왔다. 이런 이유로 30핀 SIMM이 제대로 동작하기 위해서는 한번에 4개씩 장착해야했다. 이 설정값은 비트가 도착하기 위한 모듈의 수(4)에 SIMM의 비트(8)를 곱해서 데이터 버스(8x4=32)에 맞추어 결정한 것이다.

4개의 30핀 SIMM은 대역폭 증가에 따라 업그레이드하기가 어렵기 때문에 새로운 램이 고안되었는데, 이것이 72핀 SIMM이다. SIMM은 32비트 데이터 버스를 가지며 30핀 SIMM보다 핀 수가 많아, 데이터 흐름의 양이 약 두 배정도 커졌다.

현재 인텔 펜티엄이나 모토롤라의 파워PC 등과 같은 프로세서에서 64비트 데이터 버스에 알맞게 사용하기 위해서는 72핀 SIMM을 쌍으로 인스톨해야 하며, 이로 인해 모듈이 차지하는 크기가 커졌다. 그러나 소수의 컴퓨터만이 대용량 메모리 모듈을 지원할 수 있었기 때문에 물리적인 크기의 변화 없이 데이터의 흐름을 증가시킬 수 있는 새로운 메모리 모듈이 필요하게 되었다. 이렇게 하여 만들어진 것이 DIMM이다.

DIMM(Dual In line Memory Module)은 쉽게 생각해 양면의 SIMM이라고 보면 된다.

 

이것은 SIMM에서 한쪽 면만 사용하던 것을 양쪽 면을 다 사용한다. 또, DIMM은 SIMM과 달리 각 핀들이 완전히 독립적으로 개별적인 데이터를 전송한다 그 결과 DIMM은 모듈의 물리적인 크기 증가를 억제하면서 메모리 모듈의 밀도를증가시켰다. SIMM처럼 DIMM도 다양한 형태와 크기를 가지고 있는데, 일반적으로 72핀, 144핀, 168핀을 사용한다.

메모리는 한 칩에 집적할 수 있는 메모리 셀의 최대 용량에 따라서 16MB, 64MB, 128MB, 256MB등 여러 종류가 있다. 일반적으로 72핀 DIMM(면당 36핀)은 데스크탑에 사용하며 노트북에는 SO(Small-Outline)DIMM이라는 하는 144핀을 사용한다.

SO DIMM은 72핀 SIMM 계열로 절반정도의 공간을 차지하는데, 이것은 휴대용으로 사용하기 위한 것으로 메모리 슬롯이 작을 경우 메인보드 설계시에 훨씬 더 많은 공간을 다른 영역으로 확보할 수 있는 이점이 있다. 또 SO DIMM은 486같은 32비트 데이터 통로를 가진 시스템에서는 한 번에 한 개의 모듈로 업그레이드가 가능하다.

만약 펜티엄 이상의 64비트 통로를 가진 시스템에서는 72핀 DIMM은 쌍으로 설치해야 한다. DIMM은 비디오카드에서 비디오 메모리를 확장하기 위해 쓰이는 SDRAM이나 SGRAM 확장용 메모리 모듈과 펜티엄 이상의 데스크탑 시스템에서 메인메모리로 사용하는 168(면당 84핀) DIMM등이 있다. 168핀 DIMM은 특별히 64비트의 데이터 버스를 지원하기 위한 것으로 최근에 와서 데스크탑과 서버 시스템에서 많이 사용하고 있다.

168핀 DIMM은 72비트이지만 64비트로 말할 때도 있다. 이것은 메모리의 용량을 결정하기 위해서 72비트를 64비트로 취급하는 것이다. 예를 들면 4x72비트와 4x64비트는 동일하며 32MB이다. 72비트라고 하는것은 DIMM에 8개의 비트를추가해서 데이터 버스 조절과 부분적인 비트 에러를 체크하는데 사용(패리티)하기때문이다.

DIMM의 가장 큰 장점은 64비트 대역폭(패리티포함 72비트)을 가지고 있다는 것과 펜티엄 보드에서 싱글로 사용할 수 있다는 점이다.주의할 점은 DIMM과 SIMM은 패키지상의 램 구분이지 램의 형태가 아니라는 것이다.

 

SIMM과 DIMM의 차이점

┌─--─┬───┬──────┬───-─┬──────---─┐

│         │ 핀수 │데이터라인수│ECC지원│  지원메모리종류  │

├─--─┼───┼──────┼───-─┼─────---──┤

│SIMM │ 72핀 │        32       │      NO   │       EDORAM     │

├─--─┼───┼──────┼──-──┼─────---──┤

│DIMM │168핀 │      64/72   │     YES  │EDORAM, SDRAM│

└─--─┴───┴──────┴──-──┴─────---──┘

 

30핀 SIMM

386에서 가장 많이 쓰이게 된 30핀 SIMM은 처음에는 8/9칩 버전만 사용되었다 (9칩은 패러티 있는 것) 그 후 2/3칩 버전이 사용되었다.(3칩은 패리티 버전) 9칩은 초기에 많이 사용이 되었으며 물리적인 차이점은 SIMM 모듈이 9개의 DIP칩으로 구성되어 있는가, 3개의 DIP칩으로 구성되어 있는가에 있다.30핀 SIMM은 핀 수가 총 30개이며 데이터 버스는 총 8개 비트로 구성된다. 따라서 386이상에서 프로세서의 버스를 맞추기 위해서는 4개의 SIMM이 하나의

뱅크로 구성되어야 한다.

 

3. 메모리칩의 형태

 

기본적인 메모리 형태는 DIP(Dual-In-line-Packge)이다. DIP은 가장 일반적인 IC의 형태로서 최근에는 SOP(Small Outline Package)이 많이 사용된다. DIP는 IC 소켓을 사용하며, SOP는 보드에 직접 납땜하는데 이것을 SMT (Surface Mount Technology)라고 한다.

 

SOP는 DIP에 비해서 공간을 많이 활용할 수 있는 장점이 있지만 칩에 문제가생겼을 경우에 DIP보다 훨씬 더 수리하기 힘들다.

SIP(Single-Inline-Pakage)은 초기에 많이 사용된 전자소자이다.

 

72핀 SIMM

 

30핀 SIMM은 486 까지 계속 사용되었으며 시장에서 매우 빨리 사라졌다. 그 이유는 30핀 SIMM이 16비트 대역폭만 지원했기 때문이다. 펜티엄 프로세서가 출시되면서 프로세서 버스는 32비트에서 64비트로 발전하게 되었다. 이에 따라 메모리 역시 대역폭을 맞추어 주기 위해서 새로운 방법의 고안이 필요하게 되었다. 이렇게 해서 만들어진 것이 72핀 SIMM이다.

이 모듈램의 대역폭은 30핀 SIMM의 두 배로 쉽게 32비트 프로세서와 버스에 쉽게 사용할 수 있었다. 또한 72핀 SIMM은 EDO까지 지원했기 때문에 쉽게 펜티엄 프로 계열까지 확장할 수 있었다. 72 핀 SIMM은 30핀 SIMM보다 0.75인치 더 길며 SIMM의 양쪽 끝에 노치(Notch)를 달아서 이전의 30핀 SIMM보다 쉽게 메인보드에 장착할 수 있다. 펜티엄 시스템은 64비트 버스를 가지고 있기 때문에 뱅크당 32비트 72핀 SIMM을 쌍으로 메인보드에 설치해야 한다. 72핀 SIM

M은 핀 수가 72개이며, 데이터버스는 총 32개 비트로 구성된다.

 

168핀 DIMM

 

현재 가장 보편적으로 많이 쓰이고 있는 램의 형태이다. DIMM은 펜티엄/펜티엄II 기반의 시스템에서 사용하며 완벽한 64비트의 데이터 버스를 가지고 있어서 64비트로 데이터를 전송할 수 있다.

 

메모리(Memory)는 정보를 기억하고 검색할 수 있는 반도체 장치이다. 메모리는 프로세서의 작업장 역할을 한다. 프로세서는 처리 능력은 있으나 기억 능력이 없으므로 메모리를 이용하여 작업 결과를 임시 저장한다.

흔히 '메모리'라고 하면 모듈 형태의 시스템 메모리를 연상할 것이나 메모리는 상당히 포괄적으로 쓰이는 용어 중 하나로, 종류가 다양하다.

 

4. 메모리의 동작

- Address bus와 data bus

프로세서는 데이터, 계산 결과, 프로그램 명령들을 메모리에 저장하였다가 필요에 따라서 불러들여 사용한다. 프로세서는 메모리에 주소(address)를 배정한 다음 그 주소에 따라서 데이터를 저장하거나 저장한 데이터를 불러들인다. 프로세서와 메모리는 bus(물리적인 배선의 집합)로 연결되어 있다. 이 버스는 주소 버스(address bus)와 자료 버스(data bus)로 구성되어 있는데, 주소 버스를 통하여 프로세서는 메모리에 접속하며 자료 버스를 통하여 데이터를 전송한다.

 

메모리는 크게 임시기억장치인 RAM과 영구기억장치인 ROM으로 구분한다.

RAM은 전기가 공급될 때만 한시적으로 정보를 저장 할 수 있는 메모리이고 ROM은 전기 공급이 없어도 정보를 상시 저장해 둘 수 있는 메모리이다.

 

- RAM(Random Access Memory)

RAM은 읽기(read)와 쓰기(write)가 모두 가능한 메모리이다. RAM은 다시 시스템 메모리나 그래픽 메모리로 사용하는 DRAM(EDO RAM, SDRAM, RDRAM 등)과 cache 메모리로 사용하는 SRAM으로 구분한다.

 

- ROM(Read only Memory)

ROM은 읽기는 가능하나 쓰기는 불가능한 메모리를 말한다.

ROM은 메인보드 BIOS나 그래픽 BIOS용으로 많이 사용하며 특별한 방법에 한하여 쓰기가 가능한 EPROM, EEPROM 등이 있다.

 

- BIOS

BIOS는 하드웨어와 운영체계(OS)를 연결하는 소프트웨어이다.

BIOS(Basic Input Output System)는 사용자가 필요에 따라서 기본적인 시스템 구성을 변경할 수 있도록 만든 프로그램이다. BIOS에 수록된 내용은 내장 전지(battery)에 의하여 전력을 공급 받는 CMOS(Complimentary Metal Oxide Semiconductor) SRAM(Static RAM)에 저장하므로 전원 스위치를 꺼도 프로그램 내용이 지워지지 않는다.

BIOS는 컴퓨터 내의 하드웨어 장치들을 인식 및 설정하고 시스템의 시동(boot)을 순서대로 진행하며 OS를 찾아 동작하도록 만드는 소프트웨어로써 저급(low level) 명령어로 작성한 것이다. BIOS는 여러 종류가 있으나 특별히 메인보드에서 시스템 전체의 기본적인 기능을 담당하는 BIOS를 System BIOS라고 한다.

 

- DRAM(Dynamic RAM, 동적 RAM)

DRAM은 capacitor(컨덴서)와 트랜지스터로 구성되어 있다. 컨덴서는 전기를 충전하고 트랜지스터는 컨덴서를 충전시키거나 방전 시키는 역할을 한다.

DRAM은 메모리 직접 회로(IC) 내의 컨덴서에 정보를 저장한다. 이 충전기는 시간(약 2ms)이 지나면 자연 방전하므로 이를 방지하기 위하여 재충전(refresh, recharge) logic 회로를 가지고 있다. 이와 같이 Dynamic RAM은 항상 재충전을 해야 하기 때문에 동적(dynamic) RAM이라고 부른다. DRAM이 재충전하는 순간을 wait state(대기 상태)라고 부르며 대기 상태에서는 프로세서가 메모리를 읽을 수 없다. DRAM은 그 종류에 따라서 wait state가 다르며 느린 것은 5회 빠른 것은 1회의 wait state를 가진다.

DRAM은 항상 재충전을 해야 하므로 속도가 느린 대신에 단위 면적 당 저장 능력이 높은 특성을 가지고 있어 고용량이 필요한 주 메모리로 사용한다.

- DRAM의 종류 : RPM RAM, EDO RAM, BEDO RAM, SDRAM, RDRAM, VRAM, WRAM

 

(1) FPM RAM(Fast Page-Mode RAM)

FPM RAM은 RAM 중에서 가장 오래된 형태로 EDO RAM이 나타나기 이전까지의 모든 메모리가 바로 fast page-mode RAM이다.

 

(2) EDO RAM(Extended Data Output DRAM)

EDO RAM은 FPM RAM과 형태가 동일한 것이지만 프로세서가 메모리의 특정 주소를 호출할 때 그 근처에 있는 주소까지 함께 읽어 순차적 읽기 속도를 개선한 점이 다르다.

 

(3) BEDO RAM(Burst EDO RAM)

BEDO RAM에 적용된 Burst 기술은 EDO DRAM의 액세스 속도를 더 빠르게 향상시키기 위하여 나타난 것으로써, 데이터를 큰 덩어리 형태로 전송하고 이것을 잘게 나누어 연속적으로 폭발(burst)하듯 처리하는 기술이다.

 

(4) SDRAM(Syncronus DRAM)

SDRAM은 RAM의 모든 입출력 신호들을 100 MHz 이상의 속도로 bus speed와 동기화(synchronized, 시간을 맞춤)시킬 수 있으며 2개의 메모리 page를 동시에 열 수도 있다.

 

(5) SLDRAM

SLDRAM은 산타클라라 대학(미국 캘리포니아)내의 SCIzzL협회에서 개발한 새로운 SDRAM 표준으로써 버스 속도를 더 높이고 명령, 주소, 타이밍을 패킷(packets, data의 작은 묶음들) 단위로 만들어 SDRAM의 성능을 개선하였다.

 

(6) RDRAM(Rambus DRAM)

Rambus DRAM은 지금까지 발표된 메모리 중에서 특성이 가장 우수하여 차세대 멀티 프로세서 시스템에 많이 쓰일 것으로 보인다.