클럭(Clock)
컴퓨터 내부의 모든 부품이 일정한 속도로 동작하도록 동기화하는 역할을 합니다. 쉽게 말해, 컴퓨터의 '박자'를 맞춰주는 메트로놈(지휘자)과 같은 역할을 합니다.
컴퓨터가 전원이 켜지고 시스템이 작동하는 동안 계속해서 발생하는 주기적인 신호입니다.
- 클럭 신호가 있을 때마다 CPU는 명령어를 가져오고(Instruction Fetch), 해석하고(Decode), 실행(Execute)합니다.
- 클럭 주파수(예: 3.5GHz)는 초당 35억 번(3,500,000,000)의 연산을 수행할 수 있다는 의미입니다.
- RAM, GPU, 저장 장치(SSD/HDD), 네트워크 장치 등 모든 하드웨어가 클럭 신호에 맞춰 동작합니다.
- 클럭이 없다면, 각 부품이 제각기 다른 속도로 동작하여 데이터 처리가 엉망이 됩니다.
RAM(Random Access Memory)
컴퓨터의 주 기억 장치로, 프로그램이 실행될 때 데이터와 명령어를 일시적으로 저장하는 역할을 합니다.
RAM은 휘발성(volatile) 메모리이므로, 전원이 꺼지면 저장된 데이터가 모두 사라집니다.
RAM의 종류
DRAM(Dynamic RAM)
- DRAM은 데이터를 유지하기 위해 지속적인 리프레시(Refresh) 과정이 필요합니다, 리프레시가 없으면 데이터가 사라집니다.
- 속도가 빠르지만, 전력을 계속 소모함
- 비교적 저렴하여 대량으로 사용 가능
- 메인 메모리에 주로사용함
📌 왜 리프레시가 필요한가?
- DRAM은 데이터를 트랜지스터(Transistor)와 커패시터(Capacitor, 축전기)로 저장합니다.
- 커패시터는 전하(전기)를 저장하지만 시간이 지나면 방전됩니다.
- 따라서 주기적으로 리프레시(refresh)를 수행하여 전하를 다시 충전해야 합니다.(즉, 데이터를 지속적으로 새로고침하지 않으면 데이터가 소멸됨)
📌 리프레시 과정
- 일정한 시간마다 메모리 컨트롤러가 DRAM의 모든 셀을 읽고 다시 쓰는 작업을 수행함.
- 이 과정에서 추가적인 전력 소비와 처리 시간이 필요함.
- 일반적으로 수 밀리초(ms)마다 리프레시가 이루어짐.
🔸 DRAM의 리프레시로 인한 단점
❌ 추가적인 전력 소모 (리프레시 작업을 계속 수행해야 하므로 배터리 소모 증가)
❌ 데이터 액세스 속도가 느려질 수 있음 (리프레시 동안 다른 작업이 지연될 수 있음)
SRAM (Static RAM)
- SRAM은 리프레시를 하지 않아도 데이터를 유지할 수 있습니다.
- 따라서 속도가 빠르고 전력 소모가 적음!
- CPU 캐시 메모리 (L1, L2, L3)에 주로 사용함.
📌 왜 리프레시가 필요 없는가?
- SRAM은 데이터를 플립플롭(Flip-Flop) 회로로 저장합니다.
- 플립플롭은 전원이 공급되는 한 데이터를 유지할 수 있음.
- 즉, DRAM처럼 전하가 자연 방전되는 일이 없으므로 리프레시가 필요 없음.
🔸 SRAM의 단점
❌ 제조 비용이 비쌈 (플립플롭 회로는 DRAM보다 더 많은 트랜지스터를 필요로 함)
❌ 저장 용량이 작음 (DRAM보다 밀도가 낮음)
SDRAM (Synchronous Dynamic RAM, 클럭과 동기화된 RAM)
- CPU의 클럭 신호와 동기화(Synchronous)하여 동작하는 DRAM입니다.
기존 비동기 DRAM의 문제점
- CPU는 빠른 속도로 명령을 처리하는데, DRAM은 비교적 속도가 느려 CPU가 DRAM의 응답을 기다려야 함
- CPU와 DRAM이 개별적으로 작동하므로, 데이터가 순차적으로 처리되지 않고 비효율적인 대기 시간이 발생
(CPU가 새로운 명령을 실행하기 전에 이전 명령이 완료될 때까지 기다려야 함)📌 SDRAM으로 달라진 점
1️⃣ CPU와 RAM이 같은 클럭을 사용하여 동기화됨
- CPU와 RAM이 같은 주기로 데이터를 주고받으므로, 불필요한 대기 시간이 줄어듦
- 데이터 전송이 더 일정하고 예측 가능해짐
2️⃣ 파이프라이닝(Pipelining) 지원 → 성능 향상
- SDRAM은 데이터를 한 번에 처리하는 것이 아니라, 연속적인 데이터 요청을 미리 받아서 준비하는 방식을 사용
- 즉, CPU가 명령을 요청하면, SDRAM이 데이터를 준비하는 동안 다른 요청을 받을 수 있어 속도가 더 빨라짐
DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM)
대역폭(일정 시간 동안 전송할 수 있는 데이터 양)을 넓혀 속도를 높인 SDRAM
- DDR2 SDRAM : DDR SDRAM보다 대역폭이 두배 넓은 RAM
(SDRAM보다는 2의 2승=4배 넓음)- DDR3 SDRAM : DDR2 SDRAM보다 대역폭이 두배 넓은 RAM
(SDRAM보다는 2의 3승=8배 넓음)
ROM(Read Only Memory)
- 비휘발성(Non-Volatile): 전원이 꺼져도 데이터가 사라지지 않음.
- 읽기 전용(Read-Only): 일반적으로 데이터를 수정하거나 삭제할 수 없음.
- 빠른 부팅 지원: 시스템이 시작될 때 기본적인 프로그램(BIOS/UEFI, 펌웨어)을 제공.
- 일부 ROM은 데이터 수정 가능 (EEPROM, Flash ROM 등).
💡 ROM은 "기본적인 프로그램을 저장"하고, RAM은 "실행 중인 데이터를 저장"하는 차이가 있음! 🚀
🔹 ROM의 주요 용도
✔ BIOS/UEFI 저장 → PC 부팅 시 하드웨어 초기화 및 운영체제 로딩
✔ 펌웨어 저장 → 스마트폰, 가전제품, 자동차 시스템 등에 기본 프로그램 저장
✔ 게임 카트리지 → 예전 게임기(닌텐도, 세가 등)에서 게임 데이터를 저장
✔ 임베디드 시스템 → 라우터, TV, 냉장고 등 다양한 전자기기에 내장💡 현재 가장 많이 쓰이는 ROM은 "Flash ROM"으로,
USB 메모리,SSD,스마트폰 저장 공간등에 활용됨! 🚀
