[혼공컴운] Chapter 07-1 다양한 보조기억장치

하드 디스크

: 자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조기억장치 (= 자기 디스크_magnetic disk)

1. 대용량 저장 장치가 필요한 작업
2. 서버실에 자주 출입하는 작업

하드 디스크 구성

• 플래터 : 실질적으로 데이터가 저장되는 곳
  • 자기 물질로 덮여 있어 수많은 N극과 S극을 저장한다.
  • N극과 S극은 0과 1의 역할을 수행
• 스핀들 : 플래터를 회전시키는 구성 요소
  • RPM (Revolution Per Minute) : 스핀들이 플래터를 돌리는 속도, 분당 회전수
    • ex) RPM이 15,000인 하드디스크는 1분에 15,000바퀴를 회전하는 하드 디스크
• 헤드 : 플래터를 대상으로 데이터를 읽고 쓰는 구성 요소
  • 디스크 암 : 헤드를 원하는 위치로 이동시키는 부품
  • 헤드는 디스크 암에 부착되어 있다

💡 하드 디스크는 많은 양의 데이터를 저장해야 하므로 일반적으로 여러 겹의 플래터로 이루어져 있고, 플래터의 양면을 모두 사용하 수 있다. 양면 플래터를 사용하면 위아래도 플래터 당 두 개의 헤드가 사용된다. 이때 일반적으로 모든 헤드는 디스크 암에 부착되어 다같이 이동한다.

플래터가 데이터에 저장되는 방법

: 플래터는 트랙 과 섹터 라는 단위로 데이터를 저장한다.

• 트랙 : 플래터를 여러 동심원으로 나누었을 때 그 중 하나의 원 (=일종의 운동장 달리기 트랙)
• 섹터 : 하드 디스크의 가장 작은 전송 단위 (일반적으로 512바이트_but, 하드디스크에 따라 차이 존재)
• 실린더 : 여러 겹의 플래터 상에서 각은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 논리적 단위(같은 트랙끼리 연결한 원통 모양의 공간)
• 블록 : 하나 이상의 섹터를 묶은 것

💡 연속된 정보는 보통 한 실린더에 기록된다. 연속된 정보를 하나의 실린더에 기록하는 이유는 디스크 암을 움직이지 않고도 바로 데이터에 접근할 수 있기 때문이다.

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저장된 데이터에 접근하는 과정

하드 디스크가 저장된 데이터에 접근하는 시간

• 탐색시간 : 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간
• 회전 지연 : 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간
• 전송시간 : 하드 디스크와 컴퓨터간의 데이터를 전송하는 시간

⇒ 이 세가지 시간은 “성능”에 큰 영향을 미친다

💡 즉, 탐색 시간과 회전 지연을 단축시키기 위해서, RPM을 높이는 것도 중요하지만, 접근하려는 데이터가 플래터 혹은 헤드를 조금만 옮겨도 접근할 수 있는 곳에 위치하는 것도 중요하다.

 

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다중 헤드 디스크 & 고정 헤드 디스크

• 단일 헤드 디스크 : 플래터 한 면당 헤드가 하나씩 달려있는 하드 디스크 (=이동 헤드 디스크)
• 다중 헤드 디스크 : 헤드가 트랙별로 여러 개 달려있는 하드 디스크 (=고정 헤드 디스크)
  • 트랙마다 헤드가 있기 때문에 탐색 시간이 0이다.
  • 헤드를 움직일 필요가 없다.

Hard Disk 작동 영상

소리 줄이고 보는것 추천 _ 하드 디스크의 작동 영상

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플래시 메모리

: 전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장 장치

• EX) USB 메모리, SD 카드, SSD

💡 주기억장치 중 하나인 ROM에도 사용되고, 우리가 일상적으로 접하는 거의 모든 전자 제품 안에 플래시 메모리가 내장되어 있다.

 

두 종류의 플래시 메모리

• NAND 플래시 메모리 : NAND 연산을 수행하는 회로(NAND) 기반의 메모리
• NOR 플래시 메모리 : NOR 연산을 수행하는 회로(NOR) 기반의 메모리

💡 이 중, 대용량 저장 장치로 더 많이 사용되며, 보조기억장치로서의 플래시 메모리는 NAND 플래시 메모리이다. 따라서 특별한 언급이 없는 한 대부분의 플래시 메모리는 NAND 플래시 메모리로 이해하면 된다.

 

플래시 메모리

• 셀 : 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위

구분 기준 : 하나의 셀에 몇비트를 저장할 수 있느냐

1. SLC (Single Level Cell) 타입 : 한 셀에 1비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리 → 한 셀로 두개의 정보를 표현할 수 있다.
2. MLC (Multiple Level Cell) 타입 : 한 셀에 2비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리 → 한 셀로 네 개의 정보를 표현할 수 있다.
3. TLC (Triple Level Cell) 타입 : 한 셀에 3비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리 → 한 셀로 여덟 개의 정보를 표현할 수 있다.

구분 SLC MLC TLC

셀당 bit	1bit	2bit	3bit
수명	길다	보통	짧다
읽기/쓰기 속도	빠르다	보통	느리다
용량 대비 가격	높다	보통	낮다

단위

셀 < 페이지 < 블록 < 플레인 < 다이

 📌 플래시 메모리의 가장 큰 특징
= 읽기/쓰기 단위와 삭제 단위가 다르다는 것 플래시 메모리에서 읽기/쓰기 : 페이지 단위 플래시 메모리에서 삭제 : 블록 단위

 

페이지 상태

• Free 상태 : 어떠한 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태
• Valid 상태 : 이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태
• Invalid 상태 : 쓰레기 값이라 부르는 유효하지 않은 데이터를 저장하고 있는 상태

⚡ [주의] 플래시 메모리는 하드 디스크와 달리 덮어쓰기가 불가능하다.
- Valid 상태인 페이지에는 새 데이터를 저장할 수 없다.

가비지 컬렉션 기능

: 유효한 페이지들만을 새로운 블록으로 복사한 뒤, 기존의 블록을 삭제하는 기능 즉, 블록 X의 모든 유효한 페이지를 새로운 블록 Y로 옮기고, 블록 X를 삭제하는 것

플래시 메모리는 덮어쓰기가 불가능하기 때문에 기존의 저장된 데이터를 바꾸고 싶을 때, 기존에 저장된 데이터는 Invalid 상태가 되어 쓰레기값이 되고, 새로운 데이터는 Valid 상태로 저장된다.

하지만, 이때 Invalid 상태의 데이터를 삭제할 수 없다 = 용량 낭비 이는, 플래시 메모리는 블록 단위로만 삭제가 가능하기 때문이다. 따라서 가비지 컬렉션 기능으로 유효한 페이지만을 새로운 블록으로 복사한 후 기존 블록을 삭제하는 기능을 활용해야 한다.

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