[컴퓨터 구조] 7. 보조기억장치

Posted Nov 7, 2024 Updated Nov 23, 2024

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By EunHakKim

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[컴퓨터 구조] 7. 보조기억장치

Chapter7 보조기억장치

7-1 다양한 보조기억장치

하드 디스크

하드디스크 : 자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조기억장치
- 자기 디스크의 일종으로 지칭
- 플래터 : 실질적으로 데이터가 저장되는 동그란 원판 → 양면을 모두 사용
- 스핀들 : 그 플래터를 회전시키는 구성 요소
  - 분당 회전수를 나타내는 RPM으로 표현
- 헤드 : 플래터를 대상으로 데이터를 읽고 쓰는 구성 요소
  - 플래터 위에서 미세하게 떠 있는 채로 데이터를 읽고 쓰는 바늘 처럼 생긴 부품
- 디스크 암 : 헤드를 이동시키는 부품
- 트랙 : 플래터를 여러 동심원으로 나누었을 때 그중 하나의 원
- 섹터 : 트랙을 피자처럼 여러 조각으로 나눌 때, 그 중 한 조각
  - 섹터는 하드 디스크의 가장 작은 전송 단위 (일반적으로 512 바이트 정도)
- 실린더 : 여러 겹의 플래터 상에서 같은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 논리적 단위
  - 네개 섹터에 걸쳐 데이터를 저장할 때는 첫번째 프래터 윗면, 뒷면과 두 번째 플래터 윗면, 뒷면에 데이터를 저장 → 디스크 암을 움직이지 않고 바로 데이터에 접근 가능하기 때문
- 하드 디스크가 저장된 데이터에 접근하는 시간
  - 탐색 시간 : 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간
  - 회전 시간 : 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간
  - 전송 시간 : 하드 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간
- 하드 디스크 탐색 및 읽기 시간은 아주 오래 걸림
  - 참조 지역성을 이용해서 데이터를 배치하는 것이 중요
- 다중 헤드 디스크 : 헤드가 트랙별로 여러 개 달려 있는 하드 디스크
  - 다중 헤드 디스크는 탐색 시간이 0

플래시 메모리

플래시 메모리 : 전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장 장치
- ex) USB, SD카드, SDD

셀 : 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위
SLC : 한 셀에 1비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리 (2개의 정보)
- MLC, TLC 타입에 비해 비트의 빠른 입출력이 가능
- 수명도 가장 길지만 용량 대비 가격이 높음
- 기업에서 데이터를 읽고 쓰기가 매우 많이 반복되며 고성능의 빠른 저장 장치가 필요한 경우에 사용
MLC : 한 셀에 2비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리 (네개의 정보)
- SLC 타입보다 속도와 수명은 떨어지지만 대중화에 유리
- SLC 타입보다 용량 대비 가격이 저렴 → 시중에서 많이 사용
TLC : 한 셀에 3비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리 (여덟 개의 정보)
- SLC, MLC 타입에 비해 수명과 속도가 가장 떨어짐
- SLC, MLC 타입에 비해 용량 대비 가격이 저렴
페이지 : 셀들이 모여 만들어진 단위
블록 : 페이지가 모여 만들어진 단위
플레인 : 블록이 모여 만들어진 단위
다이 : 플레인이 모여 만들어진 단위

플래시 메모리에서 읽기와 쓰기는 페이지 단위로 이루어짐
하지만 삭제는 페이지보다 큰 블록 단위로 이루어짐
페이지는 세 개의 상태를 가질 수 있음
- Free 상태 : 어떠한 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태
- Valid 상태 : 이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태
- Invalid 상태 : 쓰레기값이라 부르는 유효하지 않은 데이터를 저장하고 있는 상태
플래시 메모리는 하드 디스크와 달리 덮어쓰기가 불가능하여 Valid 상태의 페이지에는 새 데이터를 저장할 수 없음
X라는 블록이 네개의 페이지로 이루어져 있다 가정

여기서 A를 수정하고 싶을 때

A와 같이 쓰레기 값을 저장하고 있는 공간은 사용하지 않을 공간인데도 불구하고 용량을 차지함
가비지 컬렉션 : 최근의 플래시 메모리가 제공하는 이런 쓰레기 값을 정리하기 위한 기능

7-2 RAID의 정의와 종류

RAID의 정의

RAID : 데이터의 안전성 혹은 높은 성능을 위해 여러 하드 디스크나 SSD를 마치 하나의 장치처럼 사용하는 기술

RAID의 종류

RAID 레벨 : RAID 구성 방법
RAID 0 : 데이터를 단순히 병렬로 분산하여 저장
- 스트라입 : 마치 줄무늬처럼 분산되어 저장된 데이터
- 스트라이핑 : 분산하여 저장하는 것
- 4TB 저장 장치 한개를 읽고 쓰는 속도보다 RAID 0으로 구성된 1TB 저장 장치 네 개의 속도가 이론상 네 배가량 빠름
- RAID 0으로 구성된 하드 디스크 중에서 하나에 문제가 생긴다면 다른 모든 하드 디스크의 정보를 읽는데 문제가 생길 수 있음