Memory 세미나 내용, RAM ROM Flash NOR NAND
문서 내 토픽
  • 1. Memory의 종류
    메모리에는 RAM, ROM, 자기 표면 기억장치, 반도체 기억장치 등 다양한 종류가 있다. RAM은 전원이 유지되는 동안만 사용 가능한 휘발성 메모리로 CPU의 연산이나 응용프로그램 로딩, 데이터 일시 저장 등에 이용된다. ROM은 전원 차단 이후에도 데이터가 유지되는 비휘발성 메모리로 BIOS, OS, 펌웨어 저장에 사용된다.
  • 2. 반도체 기억장치의 구조와 동작
    반도체 기억장치는 실제 정보가 저장되는 메모리 셀과 주소, 데이터, 제어 신호를 처리하는 주변 회로로 구성된다. 데이터 쓰기 시 주소 레지스터에서 주소를 가져와 디코더를 거쳐 메모리 셀에 신호를 주고 데이터 레지스터에서 데이터를 가져와 쓰는 방식으로 동작한다.
  • 3. SRAM과 DRAM의 구조 및 동작
    SRAM은 플립플롭 구조로 전원이 유지되는 한 신호가 없어도 데이터가 유지되는 반면, DRAM은 캐패시터의 충/방전을 통해 데이터를 저장하므로 전원 차단 시 데이터가 사라진다. SRAM은 속도가 빠르지만 복잡한 회로로 인해 집적도가 낮고 가격이 비싼 반면, DRAM은 상대적으로 간단한 회로로 집적도가 높고 가격이 저렴하다.
  • 4. SDRAM의 고속화 기술
    SDRAM의 고속화를 위해 2-bit Prefetch 방식과 DDR(Double Data Rate) 기술이 도입되었다. 2-bit Prefetch 방식은 한 번에 2-bit의 데이터를 각기 다른 라인을 통해 동시에 전송하고, DDR 기술은 클럭의 상승 및 하강 엣지에서 데이터를 전송하여 데이터 전송 속도를 2배 높일 수 있다.
  • 5. ROM의 종류와 특징
    ROM에는 마스크 ROM, PROM, EPROM, EEPROM 등 다양한 종류가 있다. 마스크 ROM은 제조 시 데이터가 저장되어 재프로그래밍이 불가능하고, PROM은 한 번만 프로그래밍이 가능하며, EPROM과 EEPROM은 각각 자외선과 전기적으로 데이터를 삭제 및 재프로그래밍할 수 있다.
  • 6. 플래시 메모리의 구조와 동작
    플래시 메모리는 EEPROM의 일종으로 데이터 처리 속도가 보완되고 대용량화된 형태이다. NAND 플래시 메모리는 메모리 셀을 직렬로 연결하여 면적이 작고 대용량화에 유리하지만 랜덤 액세스 속도가 느린 반면, NOR 플래시 메모리는 메모리 셀을 병렬로 연결하여 랜덤 액세스 속도가 빠르지만 면적이 크다.
  • 7. 플래시 메모리의 특징 및 관리 기술
    플래시 메모리는 전자 방식으로 데이터를 쓰고 지울 수 있는 비휘발성 메모리이지만 셀의 수명이 제한적이다. 이를 보완하기 위해 웨어 레벨링, 오버 프로비저닝 등의 기술이 사용된다. 또한 플래시 메모리는 셀 단위로 데이터를 쓰고 지울 수 없어 블록 단위로 동작하므로 이를 관리하기 위한 ECC(Error Correction Code) 기술이 필요하다.
  • 8. eMMC와 UFS 메모리
    eMMC(Embedded Multi-Media Card)는 플래시 메모리와 메모리 컨트롤러가 통합된 패키지로, CPU가 담당하던 메모리 관리를 패키지 내에서 직접 수행한다. UFS(Universal Flash Storage)는 고속 직렬 인터페이스를 사용하며 명령어 그룹화, 재정렬, 대기열 관리 등의 기능을 통해 메모리 성능을 극대화한다.
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  • 1. Memory의 종류
    Memory는 컴퓨터 시스템에서 매우 중요한 역할을 합니다. 메모리의 종류는 크게 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리로 나눌 수 있습니다. 휘발성 메모리는 전원이 꺼지면 데이터가 사라지는 반면, 비휘발성 메모리는 전원이 꺼져도 데이터가 유지됩니다. 대표적인 휘발성 메모리로는 SRAM과 DRAM이 있으며, 비휘발성 메모리로는 ROM, 플래시 메모리, eMMC, UFS 등이 있습니다. 각 메모리 종류는 용도와 특성이 다르므로, 시스템 설계 시 적절한 메모리 선택이 중요합니다.
  • 2. 반도체 기억장치의 구조와 동작
    반도체 기억장치는 크게 메모리 셀 어레이, 행/열 선택 회로, 입출력 회로 등으로 구성됩니다. 메모리 셀 어레이는 데이터를 저장하는 기본 단위이며, 행/열 선택 회로는 특정 메모리 셀에 접근하여 데이터를 읽고 쓰는 역할을 합니다. 입출력 회로는 외부 시스템과의 데이터 송수신을 담당합니다. 메모리 동작은 크게 읽기, 쓰기, 소거 등으로 이루어지며, 각 동작 시 메모리 셀 어레이와 주변 회로의 상호작용을 통해 이루어집니다. 메모리 동작 속도와 효율성을 높이기 위한 다양한 기술이 개발되고 있습니다.
  • 3. SRAM과 DRAM의 구조 및 동작
    SRAM(Static RAM)과 DRAM(Dynamic RAM)은 대표적인 휘발성 메모리입니다. SRAM은 플립플롭 회로로 구성되어 전원이 공급되는 한 데이터가 유지되는 특징이 있습니다. DRAM은 커패시터와 트랜지스터로 구성되어 주기적인 리프레시가 필요합니다. SRAM은 DRAM에 비해 빠른 속도와 낮은 전력 소모의 장점이 있지만, DRAM에 비해 집적도가 낮고 가격이 비싼 단점이 있습니다. 이러한 특성으로 인해 SRAM은 캐시 메모리, DRAM은 메인 메모리로 주로 사용됩니다. 두 메모리의 구조와 동작 원리를 이해하는 것은 컴퓨터 시스템 설계에 매우 중요합니다.
  • 4. SDRAM의 고속화 기술
    SDRAM(Synchronous DRAM)은 DRAM의 발전 형태로, 시스템 클록과 동기화되어 동작하는 메모리입니다. SDRAM의 고속화를 위해 다양한 기술이 개발되었습니다. 대표적으로 버스트 모드, 파이프라인 기술, 멀티뱅크 구조 등이 있습니다. 버스트 모드는 연속된 데이터를 한 번에 전송하여 속도를 높이고, 파이프라인 기술은 명령어와 데이터 전송을 병렬로 처리하여 대역폭을 향상시킵니다. 멀티뱅크 구조는 여러 개의 뱅크를 병렬로 동작시켜 데이터 처리 속도를 높입니다. 이러한 고속화 기술들은 SDRAM의 성능을 크게 향상시켰으며, 현대 컴퓨터 시스템의 핵심 메모리로 자리잡았습니다.
  • 5. ROM의 종류와 특징
    ROM(Read-Only Memory)은 비휘발성 메모리로, 전원이 꺼져도 데이터가 유지되는 특징이 있습니다. ROM의 종류로는 마스크 ROM, PROM, EPROM, EEPROM 등이 있습니다. 마스크 ROM은 제조 과정에서 데이터가 결정되며, PROM은 일회성 프로그래밍이 가능합니다. EPROM은 자외선으로 데이터를 지울 수 있고, EEPROM은 전기적으로 데이터를 지우고 쓸 수 있습니다. 각 ROM 종류는 데이터 저장 방식, 프로그래밍 방법, 소거 방법 등에서 차이가 있으며, 용도에 따라 적절한 ROM을 선택해야 합니다. ROM은 운영체제, 펌웨어 등 시스템 부팅에 필요한 코드를 저장하는 데 주로 사용됩니다.
  • 6. 플래시 메모리의 구조와 동작
    플래시 메모리는 전기적으로 데이터를 지우고 쓸 수 있는 비휘발성 메모리입니다. 플래시 메모리는 크게 NOR 플래시와 NAND 플래시로 구분됩니다. NOR 플래시는 랜덤 액세스가 가능하고 읽기 속도가 빠르지만 쓰기/지우기 속도가 느린 반면, NAND 플래시는 순차 액세스가 주로 이루어지고 쓰기/지우기 속도가 빠르지만 읽기 속도가 느립니다. 플래시 메모리의 동작은 프로그래밍, 읽기, 소거 등으로 이루어지며, 각 동작 시 전압 조절, 타이밍 제어 등이 필요합니다. 플래시 메모리는 저장 장치, 임베디드 시스템 등 다양한 분야에 활용되고 있습니다.
  • 7. 플래시 메모리의 특징 및 관리 기술
    플래시 메모리는 비휘발성, 전기적 소거/프로그래밍, 높은 집적도 등의 특징을 가지고 있습니다. 그러나 제한적인 쓰기/지우기 수명, 불균일한 마모, 느린 랜덤 액세스 속도 등의 단점도 있습니다. 이러한 단점을 극복하기 위해 다양한 관리 기술이 개발되었습니다. 대표적으로 마모 균등화, 불량 블록 관리, 웨어 레벨링, 가비지 컬렉션 등이 있습니다. 마모 균등화는 데이터 쓰기 시 균일한 마모를 유도하고, 불량 블록 관리는 결함 있는 블록을 관리합니다. 웨어 레벨링은 데이터 쓰기 횟수를 균등하게 분산시키며, 가비지 컬렉션은 유효하지 않은 데이터를 정리합니다. 이러한 관리 기술을 통해 플래시 메모리의 신뢰성과 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다.
  • 8. eMMC와 UFS 메모리
    eMMC(Embedded MultiMediaCard)와 UFS(Universal Flash Storage)는 모바일 기기에 널리 사용되는 내장형 플래시 메모리 솔루션입니다. eMMC는 NAND 플래시와 메모리 컨트롤러가 하나의 패키지로 통합된 형태이며, UFS는 NAND 플래시와 고성능 메모리 컨트롤러, 고속 인터페이스로 구성됩니다. UFS는 eMMC에 비해 더 높은 대역폭, 낮은 지연 시간, 향상된 성능을 제공합니다. 또한 UFS는 멀티 스레딩 기능을 지원하여 병렬 처리가 가능합니다. 이러한 특성으로 인해 UFS는 고성능 모바일 기기에 주로 사용되며, eMMC는 중저가 기기에 적합합니다. 두 메모리 솔루션은 모바일 기기의 저장 장치로서 중요한 역할을 하고 있습니다.
Memory 세미나 내용, RAM ROM Flash NOR NAND
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2023.01.17