양승혁 Yang_ka@kunsan.ac.kr 군산대학교 통계컴퓨터과학과 정보과학기술 연구실 2012.10.4

1. 전자 계산기 Chap 6 기억장치 양승혁 Yang_ka@kunsan.ac.kr 군산대학교 통계컴퓨터과학과 정보과학기술 연구실 2012.10.4

2. 목차 기억장치 주기억장치 보조기억장치 연관기억장치, 복수 모듈 기억장치 캐시 메모리(Cache Memory) 가상기억장치(Virtual Memory) IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

3. 기억장치(1/8) • SRAM • DRAM 주기억장치 반도체 RAM • Mask Rom • PROM • EPROM • EEPROM ROM 자기 • 자기코어 • 자기 박막 필름 • 자기디스크 • 자기 드럼 • 하드디스크 • 플로피 디스크 보조기억장치 DASD SASD • 자기 테이프 • 복수 모듈 기억장치 • 연관기억장치 • 캐시 기억장치 • 가상기억장치 특수 기억장치 • 정의 • 컴퓨터에서 사용하는 Data나 Program 을 저장하는 장치 • 기억장치의 분류 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

4. 기억장치(2/8) • 기억장치의 계층 구조 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

5. 기억장치(3/8) 트랙과 섹터를 찾은 후 해당 내용을 전송하는 데 걸리는 시간 트렉을 찾는 데 걸리는 시간 회전 대기시간 섹터를 찾는데 걸리는 시간 전송 단위 Baud = bps • 기억장치의 특성을 결정하는 요소 • 기억 용량 • 사용 목적에 따라 성능당 경비 비율이 적은 것 • Access Time • 읽기 요청이 발생한 시간부터 요구한 정보를 꺼내서 사용 가능할 때까지의 시간 • 한 Word 단위의 정보를 읽거나 기록하는 데 걸리는 사간 • Access Time=Seek Time + Latency + Transmission • Cycle Time • 읽기 신호를 보낸 후 다시 읽기 신호를 보낼 수 있을 때까지의 시간 • Cycle Time이 Access Time보다 길거나 같다 • Bandwidth(대역폭, 전송률) • 1초 동안 전송되는 최대한의 정보량 • 하드웨어의 특성상 주기억장치가 제공할 수 있는 정보 전달능력의 한계를 나타냄 • 메모리 워드의 길이가 작을 수록 대역폭이 좋다 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

6. 기억장치(4/8) • 기억장치의 구분 • 내용의 보존 여부 • 파괴성 메모리(Destructive Memory) • 판독 후 저장된 내용이 파괴되는 메모리 • 자기코어 • 비파괴성 메모리 • 판독 후에도 저장된 내용이 그대로 유지 • 자기코어를 제외한 모든 기억장치 • 전원 단절 시 내용 소멸 여부 • 휘발성 메모리 • 전원이 단절되면 모든 정보가 지워지는 메모리 • Ram • 비휘발성 메모리 • 전원이 단절되더라도 기억된 정보가 보존되는 메모리 • Rom, 자기 코어, 보조기억장치 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

7. 기억장치(5/8) • 기억장치의 구분 • 재충전 여부 • 정적 메모리(SRAM) • 전원이공급되는 한 기억된 내용이 계속 유지 되는 메모리 • 동적 메모리(DRAM) • 전원이 공급되어도 일정 시간이 지나면 내용이 지워지므로 재충전해야 하는 메모리 • 접근 방식 • 순차접근저장 매체(SASD; Sequential Access Storage Device) • 자료가저장된 위치에 접근할 때 처음부터 순서대로 접근하여 원하는 위치를 검색하는 메모리 • 자기 테이프 • 직접접근저장 매체(DASD; Direct Access Storage Device) • 순서를 거치지 않고 자료가 저장된 위치를 직접 접근할 수 있는 메모리 • 자기 테이프를 제외한 모든 기억장치 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

8. 주기억장치(6/8) • 주기억장치 • CPU가 직접 접근하여 처리할 수 있는 고속의 기억 장치 • Rom(Read Only Memory) • 기록된 내용을 읽을 수만 있는 기억장치 • 비휘발성 메모리 • 기본 입출력 시스템, 자가 진단 프로그램 같이 변경 가능이 희박한 시스템소프트웨어를 기억 • Rom의 종류 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

9. 주기억장치(7/8) • 주기억장치 • Ram(Random Access Memory) • 읽고 쓸 수 있는 기억장치 • 휘발성메모리 • 정보가 저장된 위치는 주소로 구분 • DRAM/SRAM의 특징 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

10. 주기억장치(8/8) • Ram/Rom의 용량 계싼 • RAM : AD=7,Data Bus= 8bit 이므로 • ROM : AD=9,Data Bus= 16bit 이므로 • 주기억장치 • 반도체 기억소자의 구성도 • CS1,CS2 : 칩 선택선으로CS1=1, CS2=0 이 되어야만 칩이 동작 • RD : 입력 신호선 • WR : 출력 신호선 • AD : 주소선으로 지정할 수 있는 워드의 수를 나타냄 • Data Bus : 워드의 크기를 나타냄 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

11. 보조기억장치(1/3) 기억공간의 낭비가 줄어듬 Access Time 감수 입출력 횟수 감소 • 보조기억장치 • 주기억장치의 단정을 보완하기 위한 기억장치 • 속도는 느리지만 전원이 차단되어도 유지되고 저장 용량이 크다 • 자기 테이프(Magnetic Tape) • 주소의 개념이 없고 처음부터 차례대로 처리하는 대용량 저장 매체 • 특징 • 가격이 저렴, 용량이 커서 자료의 백업용으로 많이 사용 • 자성 물질이 코팅된 얇은 플라스틱 테이프를 동그란 릴에 감아 놓은 형태 • 블록 단위로 데이터를 전송 • 블로킹(Blocking) • 한 개 이상의 논리적 레코드를 묶어서 테이프에 기록하는 방식 • 비블로킹(Unblocking) • 블로킹(blocking) IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

12. 보조기억장치(2/3) 트랙과 섹터를 찾은 후 해당 내용을 전송하는 데 걸리는 시간 트렉을 찾는 데 걸리는 시간 회전 대기시간 섹터를 찾는데 걸리는 시간 • 보조기억장치 • 자기디스크(magnetic Disk) • 자성 물질을 입힌 금속 원판을 여러 장 겹쳐서 만든 기억 매체 • 특징 • 용량이 크고 접근 속도가 빠름 • 순차,비순차 접근이 모두 가능 • 개인용 컴퓨터에 디스켓,하드디스크의 형태로 사용 • 구조 • 트랙 : 회전축을 중심으로 데이터를 기록되는 동심원 • 섹터 : 트랙들을 일정한 크기로 구분한 부분 정보 기록의 기본 단위 • 실린더 : 서로다른 면들에 있는 동일 위치의 트랙의 모임 실린더의 수는 한 면의 트랙 수와 동일 • Access Time • Access Time = Seek Time + Latency Time + Transmission Time IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

13. 보조기억장치(3/3) • 보조기억장치 • 자기드럼(Magnetic Drum) • 원통 표면에 Track과 Sector를 구성 • 특징 • 각 Track마다 고정된 R/w head를 두고 있는 자기 디스크에 비해 속도가 빠름 • 크기에 비해 용량이 적어 현재 거의 사용하지 않음 • 순차, 비순차 처리가 모드 가능 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

14. 연관기억장치, 복수모듈 기억장치(1/2) 인수 레지스터(A) 키 레지스터(K) 연관기억장치와 부합논리 m * n 단어 매치 레지스터 (m 비트) Read 신호 Write신호 출력 입력 • 연관기억장치(Associative Memory) • 기억장치에서 자료를 찾을 때 기억된 내용의 일부를 이용하여 Access 하는 기억장치 • 연관기억장치 특징 • 정보 검색이 신속하다 • 캐시 메모리나 가상 메모리 관리 기법에서 사용하는 Mapping Table에 사용 • 외부의 인자와 내용을 비교하기 위한 병렬 판독 논리회로를 갖고 있기 때문에 하드웨어 비용이 증가 • 구조 및 동작 원리 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

15. 연관기억장치, 복수모듈 기억장치(1/2) • 복수모듈 기억장치 • 독자적으로 데이터를 저장할 수 있는 기억장치 모듈을 여러 개 가진 기억장치 • 특징 • 주기억장치와 CPU의 속도 차이 문제점을 개선 • 기억장치의 버스를 시분할 하여 사용 • 기억장소의 접근을 보다 빠름 • 자체의 어드레스 레지스터와 버퍼 레지스터를 가지고 독자적으로 데이터를 저장 • 인터리빙 기법 • 기억장치를 구성하는 모듈 수만큼의 단어들에 동시 접근이 가능 • Bus를 구성하는 회선의 수가 많을 때는 모든 모듈에 동시에 병렬 접근 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

16. 캐시 메모리(Cache Memory)(1/2) • 캐시 메모리 • CPU의 처리 속도와 주기억 장치의 접근 속도 차이를 줄이기 위해 사용 • 특징 • 자주 사용하는 프로그램과 데이터를 기억 • 메모리 계층 구조에서 가장 빠른 소자 • 캐시를 사용하면 주기억장치를 접근하는 횟수가 줄어 듦으로써 처리 속도가 향상 • 캐시 설계 시 고려할 사항 • 캐시의 크기 • 전송 Block Size • 교체 알고리즘(Replacement Algorithm) IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

17. 캐시 메모리(Cache Memory) (2/2) • 캐시 메모리 • 매핑(Mapping Process) 프로세스 • 주기억장치로부터 캐시 메모리로 데이터를 전송하는 방법 • 종류 • 직접 매핑 • 어소시에이티브매핑 • 세트-어소시에이티브매핑 • 캐시의 적중률 • 컴퓨터의 성능을 나타내는 척도 • 적중률 0.95 ~0.99일 때 우수 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

18. 가상기억장치(Virtual Memory)(1/4) • 가상기억장치의 관리 기법 • 페이징 기법 • OS가 보조기억장치에 있는 프로그램을 동일한 크기의 블록으로 나누어서 관리 • 세그먼트 기법 • 보조기억장치에 있는 프로그램을 가변적인 크기의 블록으로 나누어서 관리 • 가상기억장치 • 기억 용량이 작은 주기억장치를 큰 용량을 가진 것처럼 사용할 수 있도록 하는 기법 • 사용자는 프로그램의 크기에 제한 받지 않고 프로그램의 실행이 가능 • 특징 • 목적은 주기억장치의 용량 확보 • 소프트웨어적인 방법으로 보조기억장치를 주기억장치처럼 사용 • 이용률과 다중 프로그램밍의 효율을 높임 • 사용하는 보조기억장치는 디스크 같은 DASD장치이어야 한다 • 주소의 사용 • 프로그램을 블록으로 나누어 필요 시 해당 블록만을 주기억장치에 적재 • 프로그램이 실행될 때 가상주소는 실기억주소로 변환 • 가상주소 • 보조기억장치 상의 주소 • 실기억주소 • 주기억장치 상의 주소 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

19. 가상기억장치(Virtual Memory) (2/4) • 관리 전략 • 주기억장치에 효율적으로 적재하기 위한 방법 • 반입(Fetch) 전략 • 언제 주기억장치로 적재 할 것인지를 결정하는 전략 • 요구반입(Demand Fetch), 예상반입(Anticipatory Fetch) • 배치(Placement) 전략 • 주기억장치의 어디에 위치시킬 것인지를 결정 하는 전략 • 최초 전합(First Fit) 최적 적합(Best Fit) 최악 적합(Worst Fit) • 교체(Replacement) 전략 • 사용중인 상태에서 새로운 프로그램을 주기억장치에 배치하는 전략 • 페이지 부재가 발생(Page Fault),스테이징(Staging) • FIFO, LRU, NUR, LFU, MFU IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

20. 가상기억장치(Virtual Memory) (3/4) 실제 내용이 위치하고 있는 곳까지의 거리 페이지가 주기억장치에 있을 경우 1,없을 경우 0 페이지번호(p) 변위값(d) 페이지프레임(p’) 변위값(d) 디스크페이지 번호 페이지 프레임 번호 상태 비트 • 주소 매핑(주소 변환) • 가상주소를 실기억주소로 변환 하는 작업 • 각 주소와 페이지 맵 테이블의 구성 • 가상주소 형식 • 실기억 주소 형식 • 페이지 맵 테이블 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

21. 가상기억장치(Virtual Memory) (4/4) 가상 주소 실기억주소 주기억장치 CPU 페이지 맵 테이블 2 2 3 2 • 주소 매핑(주소 변환) • 주소 변환 순서 IST (Information Sciences & Technology) Laboratory

22. Thank you Yang_ka@kunsan.ac.kr 군산대학교 정보통계학과 정보과학기술 연구실 2012.01.03 양승혁 Yang_ka@kunsan.ac.kr 군산대학교 통계컴퓨터과학과 정보과학기술 연구실 2012.10.4