컴퓨터의 RAM

개요

이번에 새로 컴퓨터를 구입하면서 각각 부품에 대해서도 흥미가 생겼다.

각각 알아보며 컴퓨터 구조에 대해 더 이해해보자 먼저 RAM이다. (구입한 제품은 마이크론 DDR5-5600)

 

컴퓨터의 메인 메모리는 CPU가 직접 접근해 실행 중인 프로그램, 데이터를 저장하는 주요 메모리 공간이다.

RAM, ROM, 가상 메모리 등이 포함될 수 있지만 현대 컴퓨터의 관점에서 일반적으로 메인 메모리는 DRAM 기반의 RAM이라고 본다.

 

RAM의 특징

RAM은 Random Access Memory의 줄임말이다. 랜덤이라고 해서 완전 처음에는 랜덤이랑 무슨상관이야 했는데 random은 임의의 라는 뜻도 있어 임의의 위치에 바로 접근할 수 있다는 의미로서 사용된 것이다.

 

+ 기본적으로 휘발성 메모리이기 때문에 전원이 꺼지면 데이터가 사라진다.

+ 빠른 접근 속도를 보장한다.

+ 저장된 데이터를 순차적이 아닌 주소 기반으로 즉시 접근이 가능하다.

+ 한정된 용량을 가진다.

 

RAM의 휘발성

휘발성(Volatile)인 이유는 RAM의 저장 방식과 설계 원리에 있다.

 

RAM은 데이터를 전기적 신호로 저장한다. 따라서 전기(전원)가 끊기면 신호가 사라져 데이터가 함께 사라진다.

DRAM의 경우 리프레시도 필요하다.

 

참고로 플래시 메모리는 전하를 플로팅 게이트에 저장해 전하를 가둬 전원이 없어도 유지되며 (NAND 게이트 사용), 

HDD같은 Magnetic Storage는 자기적 방향을 조작해 데이터를 저장해 전원이 없어도 유지된다.

 

RAM의 랜덤 엑세스

랜덤 엑세스는 데이터를 메모리의 특정 주소에서 바로 읽거나 쓸 수 있는 방식이다.

HDD처럼 순차적 접근을 하지 않아도 된다.

 

CPU가 0x1000번 주소를 16비트 신호로 변환해 주소 버스를 통해 RAM으로 전송하면 RAM의 주소 디코더가 신호를 해석해 RAM의 해당되는 셀을 활성화 시킨다.

 

그리고 해당되는 데이터를 데이터 버스를 통해 CPU로 반환한다.

 

HDD처럼 헤드 이동, 디스크 회전 등 물리적 작업이 없어 접근 속도가 빨라진다.

모든 주소에 동일한 시간으로 접근 가능하다는 것이다.

병렬 처리가 가능하다는 것도 장점이 되겠다.

 

RAM의 빠른 접근 속도

RAM이 빠른 이유는 위에서 말한 전기적 저장방식 그리고 랜덤 액세스에 있다.

 

RAM은 데이터를 전기적 신호로 저장하는데 이 방식은 데이터를 물리적으로 기록, 변환이 필요 없어 속도가 매우 빠르다.

또한 데이터의 저장, 삭제가 즉시 가능하다. (전기 신호를 보내 대응하는 트랜지스터를 켬)

 

또한 주소 저장 방식을 통해 임의의 위치에 동일한 속도로 접근할 수 있기 때문에 빠르다.

 

DRAM, SDRAM, DDR

DRAM

많은 일반적인 PC, 노트북, 스마트폰 등은 메인 메모리로서 DRAM(Dynamic RAM)을 사용한다.

SRAM은 빠르지만 많은 트랜지스터를 사용해 저장 용량당 필요한 면적이 크고 비용이 높기 때문에 DRAM을 사용한다.

DRAM은 캐패시터를 사용해 저장한다. 캐패시터는 전하가 방전되기 때문에 리프레시를 통해 데이터를 유지한다. 

 

리프레시: DRAM의 같은 데이터를 다시 쓰는 작업을 통해 캐패시터 전하를 충전하는 작업

 

SDRAM(Synchronous DRAM)

시스템 클럭과 동기화되어서 작동하기 때문에 SDRAM이라는 이름이 붙었다. 

CPU와 다른 컴퓨터 구성 요소가 데이터를 처리하는 속도(주파수)와 동일한 타이밍으로 작동한다는 것이다.

이를 통해 데이터 전송 효율, 처리 속도를 개선한다.

 

DDR(Double Data Rate SDRAM)

SDRAM의 개선 버전으로 클럭 주기당 2배의 데이터를 처리할 수 있다.

상승 에지, 하강 에지에서 모두 데이터를 처리한다고 한다. (기존 SDRAM은 상승 에지에서)

 

하드웨어 설계(데이터 라인 분리, 데이터 레지스터 사용, 타이밍 제어)를 통해 가능하다고 한다.

 

현재 사용하고 있는 갤럭시 북3 프로의 RAM은 https://semiconductor.samsung.com/kr/dram/lpddr/lpddr5x/k3kl8l80cm-mgct/

이 램이다. 

 

 

16 GB LPDDR5-6000 SDRAM 을 사용하는 것인데 CPU-Z를 통해서 확인할 수 있는 DRAM의 Frequency를 보면 2992.7 MHz이고 DDR이므로 2를 곱하면 6000으로 얼추 맞춰진다.

 

계산기로 Memory의 DRAM Frequency를 CPU의 Bus Speed로 나누어 봤는데 얼추 30배로  동기화 되어 동작하고 있는 것으로 보인다.

 

DDR의 발전

지금 사용하는 DDR의 이름이 DDR5인 것은 DDR1부터 발전해와서 버전이 5가 된 것이다.

gpt의 설명

프리페치는 DDR이 한 번의 클럭 신호에서 처리할 데이터를 미리 준비하는 기술이다.

 

 

일단은 오늘은 여기까지