[정보처리기사] Part04-03-1. 운영체제 기초 활용 (3)

 

2023.01.25 - [정보처리기사/필기] - [정보처리기사] Part04-03-1. 운영체제 기초 활용 (2)

 

Contents

 

UNIX, WINDOWS

기억장치 관리

    개요

• 주기억장치 (Main Memory) : CPU(중앙처리장치)와 접근 통신이 가능한 기억장치
• 보조기억장치 (Auxiliary Memory) : 현재는 필요하지 않은 프로그램이나 데이터 저장하고 있다가 데이터나 프로그램 요구 시 주기억장치로 데이터를 전달하는 저장 장치

 

    기억장치 성능

구분	설명
기억 용량	기억 용량 단위는 비트(bit) 기본으로 하며 그 외에는 바이트(byte), 단어(word) 존재
접근 시간	기억장치 데이터를 읽거나 기록하는 데 걸리는 시간
사이클 시간	연속적으로 기억장치에 접근 시 접근하는데 요구되는 최소 시간
기억장치 대역폭	기억장치가 한 번에 전송할 수 있는 비트 수
데이터 전송률	초당 몇 비트 데이터가 전송되는지 나타내는 지표
가격	일반적으로 기억장치 가격은 기억장치 처리속도와 비례

 

    기억장치 계층구조

• 기억장치 성능 평가 요소들은 서로 상관 관계를 가짐
• 읽고 쓰기 속도를 향상하기 위해서는 고가 고속 기억장치가 필요하지만 많은 양의 데이터를 저장하기 위해 기억장치 용량이 커져야 하므로 적정 비용을 위해서 저가 기억장치가 필요하나 저가 기억장치를 사용하면 기억장치 접근 소도는 그만큼 느려지게 됨
• 이러한 문제를 해결하기 위한 것이 아래 그림과 같은 기억장치의 계층 구조

 

    기억장치 분류

기억장치 재료에 따른 유형

구분	설명
반도체 기억장치	반도체 물질인 실리콘 칩을 사용하여 기억장치 설계
자기-표면 기억장치	자화 물질로 코팅된 표면에 정보 저장

 

데이터 저장하는 성질에 따른 유형

구분	설명
휘발성 기억장치	일정 시간이 지나거나 전원 공급 중단되면 기억장치 내 기록된 모든 데이터가 지워지는 저장 장치
비휘발성 기억장치	전원 공급이 중단되더라도 기억장치 내 데이터들은 지워지지 않는 저장 장치

 

기억장치 접근 방법에 따른 유형

구분	설명
순차적 접근	기억장치 데이터가 저장되는 순서에 따라 순차적으로 접근 ex) 자기 테이프
직접 접근	기억장소 근처로 이동한 다음 순차적 검색 통해 최종적으로 원하는 데이터에 접근 ex) 디스크
임의 접근	저장된 모든 데이터에 접근하는 소요 시간이 항상 일정한 방식 ex) 반도체 기억장치

 

CPU와 주기억장치

• 주기억장치 : 실행할 프로그램과 데이터 저장
• CPU : 주기억장치에 저장된 프로그램에서 명령 하나씩 제어장치로 꺼내 해독
• 제어장치 : 해독된 결과로 제어 신호 생성해 각 장치로 전달. CPU 내 제어장치는 제어 신호 발생시킴

• 명령어 사이클 : 인출-해독-실행-저장
  • 인출 : 필요한 명령어를 주기억장치에 불러옴. MAR이 지시하는 주기억장치 주소 번지에서 데이터 읽어와 MBR에 저장
  • 저장 : 수행 결과를 주기억장치에 다시 저장. MAR에 저장되어 있는 주소 번짇에 해당하는 주기억장치 위치에 MBR에 저장되어 있는 데이터 저장

 

    주기억장치

반도체 기억장치

• 디지털 시스템에서 주기억장치로 널리 사용

 

주요 레지스터

• IR(Instructioin Register) : 메모리로부터 읽은 명령어가 일시적으로 저장되는 레지스터
• PC(Program Counter) : 다음에 인출할 명령어 메모리 주소가 일시적으로 저장되는 레지스터
  • PC와 MAR은 동일한 비트 수가 필요
• MAR(Memory Address Register) : 현재 수행되는 명령어 주소가 임시 저장되는 레지스터
  • 2^n개 워드 주소를 표현하기 위해서는 nbit 필요
• MBR(Memory Buffer Register) : 기억장치 출입하는 데이터가 일시적으로 저장되는 레지스터
  • 워드 단위로 데이터 입출력
  • 워드의 bit 수가 mbit이면 워드와 동일한 mbit 필요
  • 기억장치 가로 길이에 해당되는 것이 워드(mbit), 기억장치 세로 길이에 해당하는 것이 워드의 개수(2^n)
• 기억장치 용량 계산
  • 예를 들어 기억장치가 1024 word로 구성되고, 각 word는 16bit일 때, PC, MAR, MBR bit 수는 각각 10, 10, 16개
  • 기억장치가 1024 word = 2^10으로 구성되어 있으므로 주소 표현을 위해서는 10bit의 PC와 MAR 필요
  • MBR은 워드 단위로 데이터 입출력하므로 16bit의 MBR 필요

 

반도체 기억장치 동작

• 기억장치는 2진수 데이터 저장하고, 필요에 따라 데이터 인출. 이를 위해 기억장치는 쓰기, 읽기 동작과 주소지정 동작이 실행되고 데이터 버스를 따라 데이터 이동

 

• 쓰기 동작
  • 기억장치에 한 바이트 데이터를 기억장치에 저장하는 과정
  • 1단계 : 주소 레지스터에 있는 주소 코드(101, 10진수로 표현하면 5)를 주소 버스에 실음
  • 2단계 : 기억장치는 쓰기 명령 받게 되고 데이터 레지스터에 있던 데이터(1000 1101)를 데이터 버스에 실음
  • 3단계 : 주소에 근거하여 선택된 기억장치 주소 디코더 위치 5에 데이터 저장하여 쓰기 동작 완료

• 읽기 동작
  • 저장된 데이터 인출해서 요구한 장치로 전달해주는 동작
  • 한 바이트에 데이터를 지정된 주소 위치에서 읽어 가져오는 과정
  • 1단계 : PC에서 지정한 주소 레지스터에 있는 주소 코드(011, 10진수로 표현하면 3)를 주소 버스에 실음
  • 2단계 : 기억장치는 읽기 명령 받게 되고 선택된 기억장치 주소에 저장되어 있던 바이트 데이터 (1000 1101)를 데이터 버스에 실음
  • 3단계 : 기억장치에서 읽힌 데이터를 데이터 레지스터에 적재

 

임의접근 기억장치(RAM : Random Access Memory)

• 선택된 주소 데이터를 언제든지 쉽게 쓰고 읽기 가능
• 휘발성 기억장치로 전원 공급 중지되면 데이터가 삭제됨
• 저장된 모든 데이터에 접근하는 소요 시간이 이전 접근 순서와 무관하게 항상 일정
• 대부분 컴퓨터에서 주기억장치로 사용

 

• 동적 RAM (DRAM : Dynamic RAM)
  • 2진 정보를 충전기에 공급되는 전하의 형태로 보관
  • 전력 소비가 적고 단일 메모리 칩 내에 더 많은 정보 저장 가능
• 정적 RAM (SRAM : Static RAM)
  • 주로 2진 정보 저장하는 내부 회로가 플립플롭으로 구성됨
  • 저장된 정보는 전원 공급되는 동안 그대로 보존됨
  • 사용하기 쉽고 읽기 쓰기 동작 사이클이 동적 RAM보다 짧아서 빠름

• 읽기 전용 기억장치 (ROM : Read Only Memory) 
  • 저장된 명령어나 데이터를 단지 읽기만 할 수 있는 기억장치
  • 새롭게 데이터 추가하거나 재기록하는 쓰기 동작 불가능
  • 전원 공급이 중단되어도 저장된 데이터는 지워지지 않고 유지하기 때문에 비휘발성 기억장치로 분류됨
  • 컴퓨터 시스템은 전원을 켜면 내장 메모리를 체크하거나 주변 장치 초기화 수행
  • 주소 입력 통한 데이터 읽을 위치를 결정하게 하는 주소 디코더가 존재하고 이것은 기억장치의 배열과 연결됨
  • n개의 입력 선은 디코더에 의해 2^n개의 주소가 존재 = 2^n개의 워드가 존재하는 것과 동일한 의미
  • 기억장치 배열에서 워드의 길이는 mbit = 출력비트의 수

구분	설명
Mask ROM	ROM 제작사 측에서 저장 데이터에 맞게 회로 구성하기 때문에 내용 변경 불가능
PROM (Programmable ROM)	- 사용자가 특별한 장비인 PROM Writer 사용하여 필요한 논리 기능 직접 기록 가능 - 최초 PROM은 1회 한해 새로운 내용으로 변경 가능
EPROM (Erasable PROM)	- 필요할 때마다 기억된 내용 지우고 다른 새로운 내용 기록 가능 - 레이저 이용한 ROM Writer 사용하면 새로운 데이터 쓰기 가능
EEPROM	- 전기적으로 지울 수 있는 PROM으로 칩의 한 핀에 전기적 신호 가해줌으로써 내부 데이터 지워지게 됨 - 전기 신호 사용하므로 편리한 점 많지만 가격 비싸며 쓰기/지우기 속도가 느린 단점
플래시 메모리 (Flash Memory)	- EEPROM 한 종류지만 EEPROM과는 다르게 블록 단위로 데이터 입력 - 보통 수십만에서 백만 번 이상 쓰기하면 데이터 더이상 쓰기 불가능