메모리 소자는 데이터를 저장하고 검색하기 위한 장치로, 컴퓨터와 디지털 기기에서 중요한 역할을 합니다.
메모리 소자는 정보를 0과 1의 이진 형태로 저장하며, 이를 위해 다양한 기술과 원리가 사용됩니다.
가장 일반적인 메모리 소자로는 DRAM(Dynamic Random Access Memory)과 Flash Memory가 있으며 두 소자는 MOSFET을 기반으로 하지만 구조와 동작 방식이 다릅니다.
DRAM
DRAM은 주로 주기억장치(메인 메모리)로 사용되며, 데이터를 일시적으로 저장하는 역할을 합니다. DRAM은 주기적으로 커패시터에 저장된 데이터를 갱신해야 하므로 '동적'이라는 이름이 붙었습니다.
1) 구조
DRAM은 각각 1개의 커패시터와 트랜지스터로 구성되어 있습니다. 각 셀은 하나의 비트를 저장하며, 커패시터의 전하 상태(전하가 있는지 없는지)로 데이터를 나타냅니다.
2) 동작 원리
데이터 쓰기: 데이터를 쓸 때, 특정 행(row)의 커패시터에 전하를 충전하여 1을 저장하거나, 전하를 제거하여 0을 저장
데이터 읽기: 데이터를 읽을 때, 특정 행(row)을 선택하고 해당 행의 데이터를 측정
읽어들인 데이터는 주기적으로 새로 고쳐져야 하므로, 데이터를 다시 저장해야 합니다.
3) 특징 및 사용분야
특징 :빠른 읽기/쓰기 속도, 주기적으로 갱신 필요
사용 분야: 주 메모리, CPU 캐시 등 고성능 응용 프로그램에 적합
Flash Memory
Flash Memory는 비휘발성 메모리로, 데이터를 영구적으로 저장할 수 있는 장치입니다. Flash Memory는 플래시 셀이라고 불리는 특수한 구조를 사용합니다.
1) 구조
Flash 메모리의 각 셀은 1개의 트랜지스터와 여러 개의 gate로 구성됩니다.
일반적으로 각 셀은 1개의 트랜지스터와 다중 수준 게이트를 사용하여 여러 비트를 저장합니다.
즉, 하나의 트랜지스터가 여러 비트를 나타내는 데 사용되며 데이터를 읽고 쓰는 데 사용합니다.
NAND 플래시와 NOR 플래시가 가장 일반적인 종류입니다.
2) 동작 원리
데이터 쓰기: 데이터를 쓸 때, 특정 셀의 트랜지스터 게이트에 전하를 주입하여 셀에 데이터를 저장
(NAND 플래시는 여러 셀을 직렬로 연결하여 비트를 저장하고, NOR 플래시는 병렬로 연결하여 비트를 저장)
데이터 읽기: 데이터를 읽을 때, 특정 셀의 전하 상태를 측정하여 저장된 데이터를 복구
NAND와 NOR 플래시는 읽기 동작이 조금 다릅니다.
-NAND Flash
직렬(Serial) 방식 데이터 읽기
여러 셀이 연결되어 하나의 블록을 형성하고, 블록 내에서 데이터를 순차적으로 읽는 방식입니다. 데이터를 읽을 때, 원하는 위치의 블록을 선택하고, 그 블록 내에서 특정 페이지(Page)를 선택합니다. 선택한 페이지의 데이터를 순차적으로 읽습니다. 데이터는 비트로 표현되며, 각 비트는 게이트의 전하 상태에 따라 결정됩니다. 읽은 데이터는 컨트롤러를 통해 디지털 신호로 변환되고, 응용 프로그램에 전달됩니다.
=> NAND Flash는 주로 대용량 저장 용도에 사용
-NOR Flash
병렬(Parallel) 방식 데이터를 읽기
각 셀이 독립적으로 데이터를 저장하고 읽을 수 있는 구조를 가지고 있습니다. 데이터를 읽을 때, 특정 주소를 지정하여 원하는 셀의 데이터를 읽을 수 있습니다. 선택한 셀의 데이터는 병렬로 읽히며, 각 비트는 트랜지스터의 전압 상태에 따라 결정됩니다. 읽은 데이터는 컨트롤러를 통해 디지털 신호로 변환되고, 응용 프로그램에 전달됩니다.
=> NOR Flash는 주로 부트로더 및 코드 실행 용도에 사용됩니다.
3) 특징 및 사용 분야
특징: 비휘발성, 저전력, 내구성이 높음
사용 분야: USB 드라이브, SSD(솔리드 스테이트 드라이브), 휴대폰 저장 장치, 카메라 등 여러 영역에서 사용
MOSFET에서의 구조 차이
두 메모리 소자는 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 트랜지스터를 사용하지만, 그 구조와 동작은 다릅니다.
DRAM : 1개의 MOSFET 트랜지스터와 1개의 커패시터로 구성되며, 커패시터의 전하 상태가 데이터를 나타냅니다.
Flash Memory 셀: Flash Memory는 여러 개의 MOSFET 트랜지스터로 구성된 복잡한 구조를 가지며, 데이터를 전하의 축적 상태로 저장합니다.
정리: DRAM은 동적 메모리로서 주기적 갱신이 필요하며 빠른 읽기/쓰기 속도를 가지고 있고,
Flash Memory는 비휘발성 메모리로서 전력 소모가 적고 데이터를 영구적으로 보존할 수 있습니다.
오늘은 MOSFET 구조 기반의 메모리 소자에 대해서 알아보았습니다. 간단한 지식이지만 소자의 원리를 깊이 있게 이해하는데 큰 도움이 될 것입니다. 모두들 전자공학 공부 파이팅입니다.
