CPU가 직접 액세스할 수 있는 내부 기억장치의 접근 방법은 크게 4가지가 있습니다.
- 순차적 액세스
- 직접 액세스
- 임의 액세스
- 연관 액세스
먼저 순차적 액세스는 자기 테이프처럼 기억장치에 저장된 정보들을 처음부터 순서대로 액세스하는 방식입니다.
직접 액세스는 R/W 장치가 각 레코드나 블록 근처로 이동한 후에 순차탐색으로 최종 위치에 도달합니다.
임의 액세스는 모든 저장 장소가 고유의 주소와 별도의 R/W 회로를 가지고 있어 임의로 선택될 수 있고, 따라서 액세스에 걸리는 시간이 동일한 방식입니다.
연관 액세스는 각 기억 장소에 포함된 키값의 검색을 통해 액세스할 위치를 찾는 방식입니다.
데이터 전송률은 기억 장치로부터 초당 읽혀지거나 쓰여질 수 있는 비트 수를 의미합니다. 데이터 전송률은 다음과 같이 구합니다.
(1 / 액세스 시간) * (한번에 읽혀지는 DATA BIT 수)
여기서 액세스 시간은 주소와 R/W 신호가 기억장치에 도달한 순간부터 데이터가 저장되거나 읽혀지는 동작이 완료될 때까지의 시간을 의미합니다.
계층적 기억장치시스템
계층적 기억장치 시스템은 속도, 가격 및 크기가 다양한 기억장치들을 계층적으로 설치함으로써 가성비를 높이는 시스템 구성 방식입니다. 대표적으로 레지스터, 캐시, RAM, HDD/SDD, CD-ROM 순으로 내려옵니다.
이러한 장치들의 특성으로는 액세스 속도가 높아질수록, 비트당 가격도 높아지는 점과 용량이 커질수록, 비트당 가격이 낮아지고 액세스 속도도 낮아진다는 특성이 있습니다.
따라서 아래 계층으로 내려갈수록 액세스 속도가 길어집니다.
ex) 2단계의 경우, (1단계 적중률 * 1단계 액세스 속도) + (2단계 적중률 * 2단계 액세스 속도)
CPU는 프로그램이 반복 루프나 서브루틴을 포함하는 특성등에 의해 몇몇 특정 영역에 집중하는 경향이 있는데, 이를 지역성의 원리라고 합니다. 해당 특정 영역들을 캐시와 같은 상위 계층에 배치할 경우, 평균 기억장치 액세스 시간이 줄어드는 효과를 볼 수 있습니다.
RAM은 제조기술에따라 DRAM과 SRAM으로 나뉩니다.
DRAM은 Capacitor에 전하를 충전하는 방식으로 재충전이 필요하고, 집적 밀도가 높습니다. 또한, SRAM보다 저렴하고 용량이 큰 주기억장치에 사용됩니다.
반면, SRAM은 기억 셀로서 플립플롭을 이용하기때문에, 전력이 공급되는 동안에는 데이터가 계속 유지됩니다. 따라서, 재충전이 필요없습니다. 그리고 DRAM보다 빠르다는 장점이 있습니다. 다만, 집적 밀도가 좀더 떨어지는 점이 단점입니다. 빠르다는 장점이 있기에 캐시에 사용됩니다.
RAM은 휘발성을 가지는 기억장치였지만, ROM은 읽기만 가능한 대신, 내용을 영구 저장할 수 있는 기억장치입니다. ROM은 시스템 초기화 및 진단 프로그램이나, 자주 사용되는 함수 및 서브루틴, Control Unit의 마이크로 프로그램 등을 저장합니다.
ROM은 다음과 같이 나누어집니다.
- PROM (한번만 쓰기 가능)
- EPROM (자외선을 이용한 삭제가 가능. 여러번 쓰기 가능)
- EEPROM (전기적 삭제 가능. 데이터 갱신 약 수만번 가능)
- 플래시 (빠른 삭제 가능. 높은 집적밀도, 삭제 횟수에 제한, SSD를 구성)