RAM의 특징과 종류 / 메모리 보호 기법

 "혼자 공부하는 컴퓨터구조와 운영체제" 책을 정독 후 정리한 지식들을 남겨놓고자 글을 쓴다.

 

아래는 북링크이다.

[한빛미디어] 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제 (hanbit.co.kr)

[한빛미디어] 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제

RAM의 특징

• RAM : 실행할 프로그램의 명령어와 데이터가 저장된다.
  • 전원이 꺼지면 내용들이 날아가는 휘발성 저장 장치이다.
• HDD / SDD / CD-ROM / USB 메모리와 같은 보조기억장치들은 비휘발성 저장 장치이다.
  • 전원이 꺼져도, 그 안에 저장된 내용들이 날아가지 않는다는 뜻이다.
• CPU는 보조기억장치에 직접 접근하지 못한다.
  • 비휘발성 저장 장치에는 '보관할 대상'을 저장하고, 
  • 휘발성 저장 장치인 RAM에는 '실행할 대상'을 저장한다.
  • ==> CPU가 실행하고 싶은 프로그램이 보조기억장치에 있다면 이를 RAM으로 복사하여 저장한 뒤 실행한다.
• RAM 용량이 적다면 보조기억장치에서 실행할 프로그램은 보조기억장치에서  프로그램을 가져오는 일이 잦아져 실행 시간이 길어진다.

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 DRAM (Dynamic RAM)

• 저장된 데이터가 동적으로 변하는 (사라지는) RAM
• 데이터의 소멸을 막기 위해 일정 주기로 데이터를 재활성화 해야 한다.
• 소비 전력이 적고, 저렴하며 집적도가 높아 대용량으로 설계하기 용이하다.
  • 우리가 일반적인 메모리로써 사용한다.

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SRAM (Static RAM)

• 데이터가 날아가지 않는다. DRAM보다 빠르다.
• 하지만 집적도가 낮고, 소비 전력도 크고 가격도 비싸서 속도가 빠르고 용량은 크게 필요없는 부분에 사용된다.
• 캐시 메모리에서 주로 사용된다.

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SDRAM (Synchronous Dynamic RAM)

• CPU와 클럭 신호와 동기화된 발전된 형태의 DRAM이다.
• 클럭 신호에 맞추어 동작하며 CPU와 정보를 주고받을 수 있는 DRAM이다.

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DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)

• 최근 가장 흔히 사용하는 RAM이다.
• 대역폭을 넓혀 속도를 빠르게 만든 SDRAM이다.
  • 대역폭은 여기서 데이터를 주고받는 길의 너비를 의미한다고 생각하면 된다.
• 1클럭에 CPU와 주고 받을 수 있는 데이터의 양이 SDRAM의 2배이다.
• DDR2 : 4배
• DDR3 : 8배
• DDR4 : 16배

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메모리의 주소 공간

• 주소는 물리 주소와 논리 주소로 나뉜다.
• 물리 주소 : 메모리 하드웨어가 사용하는 주소
• 논리 주소 : CPU와 실행 중인 프로그램이 사용하는 주소
• CPU와 실행 중인 프로글매은 현재 메모리 몇 번지에 무엇이 저장되어 있는지 다 아는 것이 아니다.
  • 메모리에 저장된 정보는 시시각각 변하기 때문이다.
    • 실행이 끝난 프로그램은 메모리에서 삭제되거나, 새로 프로그램이 적재될 수 있기 때문이다.
• 각 프로그램들은 현재 다른 프로그램들의 물리 주소가 무엇인지 굳이 알 필요가 없다.
• -> 그래서 물리 주소가 아닌 0번지부터 시작하는 자신만을 위한 주소인 논리 주소를 가지고 있다.
• CPU는 이 논리 주소를 받아들이고, 해석하고, 연산한다.

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그러면 논리 주소는 어떻게 물리 주소로 변환될까?

• CPU와 주소 버스 사이에 위치한 메모리 관리 장치 (MMU)라는 하드웨어에 의해 수행된다.
• MMU는 CPU가 발생시킨 논리 주소에 베이스 레지스터 값을 더하여 변환한다.
  • 베이스 레지스터 값 : 각 프로그램의 첫 물리 주소

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메모리 보호 기법

• 프로그램의 논리 주소 영역을 벗어난 곳에 프로그램이 접근하게 되면 막는다.
  • 다른 프로그램의 영역에 접근하는 꼴이기 때문이다.
• 한계 레지스터가 담당한다.
  • 한계 레지스터 : 논리 주소의 최대 크기를 저장한다.
  • 즉, 프로그램의 물리 주소 X의 범위는
    • <베이스 레지스터 값 <= X <= 베이스 레지스터 값 + 한계 레지스터 값> 이다. 
• CPU는 메모리에 접근하기 전에 접근하고자 하는 논리 주소가 한계 레지스터보다 작은지를 항상 검사한다.
• 만약 여기에 걸리면, 인터랩트 (트랩)을 발생, 프로그램 실행을 중단한다.