#1 메모리 - RAM

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Storage

저장장치는 기계가 처리하던 데이터를 일시적으로나 영구적으로 기억하기 위한 장치다. 그래서 기억장치라고도 한다. 메모장에 적어놓은 글을 파일로 저장하지 않고 컴퓨터를 꺼버린다면 다시는 그 내용을 복구할 수 없다. 파일로 저장하지 않은 데이터는 메모리에만 존재하고, 컴퓨터를 꺼버리면 메모리 상의 데이터는 모두 사라지기 때문이다.

파일은 보조기억장치라고도 불리는 반영구적 저장장치인 하드디스크(HDD)나 SSD 등에 저장된다. 혹은 우리가 많이 사용하는 USB 드라이브도 이에 속한다. 속도는 더 느리더라도 더 큰 용량과 안정성을 요구하는 경우(데이터 백업 등) 자기테이프도 사용한다. 아래 그림에 나타난 저장장치 피라미드는 위로 올라갈수록 속도는 빨라지지만 용량이 작아지고, 반대로 아래로 내려갈수록 용량은 커지지만 속도는 느려지는 저장장치들의 특성을 잘 보여준다.

저장장치 피라미드 (Ethan L. Miller, "Storage Hierarchy Management for Scientific Computing", 2010)

Volatile Memory

우리가 흔히 메모리라고 하는 것은 위 저장장치 피라미드에서 메인 메모리에 해당한다. 메인 메모리에 해당하는 저장장치로가 바로 램(RAM)이다. 메모리의 가장 큰 특징이라면 강한 휘발성을 꼽을 수 있다. 메모리를 사용하는 주된 개체는 프로세스 또는 운영체제인데, 프로세스가 종료되거나 시스템이 종료되면 메모리의 내용이 모두 지워진다. 컴퓨터를 꺼도, USB 포트에서 USB 드라이브를 뽑아도 데이터(파일)가 유지되는 저장장치에 비해 그 내용이 쉽게 지워진다는 것을 알 수 있다.

Random Access Memory

본디 임의 접근 메모리(RAM)는 순차 접근(Sequential access) 방식과 달리 임의의 위치에 직접 접근이 가능한 메모리를 말한다. 순차 접근 방식이란 데이터가 저장된 영역에 도달하기 위해서 물리적인 움직임이 동반되는 방식이다. 대표적으로 하드디스크가 순차 접근 방식으로 데이터를 읽고 저장한다. 데이터가 저장된 영역에 접근하기 위해 플래터를 회전시키고, 암을 움직인다. 그래서 먼 위치의 데이터에 접근할 때는 그만큼 "이동에 소요되는 작업시간"(접근시간)이 증가한다.

반면에 임의 접근 방식은 텔레포트를 하는 것처럼 물리적인 움직임 없이 데이터가 저장된 영역에 접근한다. 때문에 아무리 먼 위치의 데이터여도 이동에 소요되는 작업 자체가 없어 항상 동일한 접근시간을 가진다. 우리가 메모리로 사용하는 저장장치들은 임의 접근 방식을 사용한다. (삼성전자의 램 제품은 초록색이어서 시금치램이라고도 불린다.)

G.SKILL 社의 RGB 램

Dynamic RAM

동적 램은 메모리에 저장된 데이터를 기억하기 위해 주기적으로 전자를 충전해줘야하는 회로를 사용하는 램을 의미한다. 동적 램은 일시적으로 전자를 충전할 수 있는 콘덴서라는 회로부품을 사용해 1과 0을 저장한다. 콘덴서에 전자가 일정량 이상 충전되어있으면 1, 아니면 0인 셈이다. 하지만 콘덴서는 전자를 오랫동안 저장하지 못한다. 콘덴서에 저장된 전자는 조금씩 누전되기 때문에 주기적으로 전자를 다시 채워주는 리프레시 작업을 필요로 한다.

회로구성이 간단하다보니 집적도가 좋아 오늘날 제작되는 대부분의 램은 동적 램이다.

Double Data Rate

램을 산다면 DDR이라는 용어를 마주치게 된다.

클록(Clock)이라 함은 교류 전류에서 반복적인 패턴의 신호를 의미한다. 1과 -1을 규칙적으로 오가는 전기신호가 있다면 1에서 그 다음 1 까지의 전기신호패턴이 클록가 된다. 이러한 클록이 단위시간(1초) 동안 얼마나 자주 나타나는지가 클록 주파수가 된다. 클록 내에는 전압이 상승하는 시점과 하강하는 시점이 존재한다. Double Data Rate(DDR)이 나오기 전 Single Data Rate(SDR)은 상승하는 시점에 데이터를 전송하거나 하강하는 시점에 데이터를 전송하는 방식이었다. 그에 반해 DDR은 상승하는 시점과 하강하는 시점에 데이터를 전송한다. 즉 한번의 클록에 데이터를 2번 전송할 수 있기 때문에 SDR에 비해 대역폭이 2배 커졌으며, DDR이라는 용어가 붙은 램은 모두 이런 방식을 사용한다.

DDR뒤에 붙는 숫자는 DDR 규격의 세대를 의미하는데, 세대가 높을 수록 램 구동에 필요한 전압도 줄어들고 데이터 전송속도는 더욱 빨라진다. 현재 기준으로 2021년 출시된 DDR5가 가장 최신이다.

Static RAM

동적 램과 달리 전자를 충전하는 리프레시 작업이 필요 없는 회로를 가진 램을 의미한다. 트랜지스터와 인버터로 구성된 회로를 통해 전자를 회로에 가둔다. 비유하면 운동장 트랙에 전자를 무한정 흐르도록 가두다가 전자를 비워야 하면(비트값을 0으로 바꿔야 하면) 출구를 열어 운동장 트랙을 돌던 전자가 빠져나가도록 하는 방식이다. 전자를 가둘 수 있는 회로구성이 필요하다보니 회로가 복잡해 집적도가 낮다.