하드 디스크(HDD : Hard Disk Drive)
: 자기적인 방식으로 데이터를 저장
: 자기 디스크(Magnetic disk)
하드 디스크 형태
1. 플래터(Platter)
: 하드 디스크에서 실질적으로 데이터가 저장되는 곳
: 트랙(track) + 섹터(sector) 단위로 데이터를 저장
- track은 플래터를 동심원으로 나누었을 때 그 중 하나의 원
- sector는 트랙을 여러 조각으로 나눈 것 중 하나
: sector는 하드 디스크의 가장 작은 전송 단위
: sector 1개 = 512byte 크기(정확한 크기는 하드 디스크에 따라 차이가 있다.)
: 하나 이상의 sector를 묶어 블록(Block)이라고 표현
2. 스핀들(Spindle)
: 플래터를 회전시키는 구성 요소
3. RPM(Revolution Per Minute)
: 스핀들이 플래터를 돌리는 속도는 분당 회전수(RPM) 단위로 표현
: RPM 15,000 > 1분에 15,000 회전
4. 헤드(Head)
: 플래터를 대상으로 데이터를 읽고 쓰는 구성 요소
: 디스크 암에 부착되어 있다.
5. 디스크 암(Disk arm)
: 헤드를 원하는 위치로 이동시킴
- 여러 겹의 플래터로 이루어져 있다.
- 플래터 양면을 모두 사용할 수 있다.
- 플래터 양면을 사용할 경우 플래터당 두개의 헤드가 사용된다.
6. 실린더(Cylinder)
: 여러 겹의 플래터 상에서 같은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 논리적 단위
: 같은 트랙끼리 연결한 원통 모양의 공간
: 연속된 정보는 보통 한 실린더에 기록
: 연속된 정보를 하나의 실린더에 기록하는 이유는 디스크 암을 움직이지 않고도 바로 데이터에 접근할 수 있기 때문이다.
하드 디스크가 저장된 데이터에 접근하는 시간
-
탐색 시간(Seek time)
: 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간 -
회전 지연(Rotational latency)
: 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간 -
전송 시간(Transfer time)
: 하드 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간
-
단일 헤드 디스크(single-head disk)
: 플래터의 한 면당 헤드가 하나씩 달려 있는 하드 디스크
: 이동 헤드 디스크(movable-head disk) -
다중 헤드 디스크(multiple-head disk)
: 헤드가 트래별로 여러 개 달려 있는 하드 디스크
: 트랙마다 헤드가 있기에 탐색 시간이 불필요
: 고정 헤드 디스크(fixed-head disk)
플래시 메모리(flash memory)
USB 메모리, SD 카드, SSD는 플래시 메모리 기반 보조기억장치
- 플래시 메모리는 전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반 저장 장치
- 플래시 메모리는 보조기억장치 외 다양한 범주에 속한다.
플래시 메모리 종류
1. NAND 플래시 메모리
: 대용량 저장 장치로 많이 사용
: NAND 게이트 기반
- NOR 플래시 메모리
: NOR 게이트 기반
NAND 기반 플래시 메모리
- 플래시 메모리 : 셀(Cell)이라는 단위
cell : 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위
: cell이 모여 MB, GB, TB 용량을 갖는 저장 장치
- SLC (Single Level Cell)
: 한 cell에 1bit(0과 1)를 저장
- 한 셀로 2개의 정보를 표현
- MLC와 TLC 타입에 비해 비트의 빠른 입출력이 가능
- MLC와 TLC 타입에 비해 수명이 길다.
- 용량대비 가격이 높다.
- 고성능의 빠른 저장 장치
- MLC (Multiple Level Cell)
: 한 cell에 2bit를 저장
- 한 셀로 4개의 정보를 표현
- SLC 보다 속도와 수명이 부족
- SLC 타입보다 대용화 유리
- SLC보다 용량대비 가격이 저렴
- 시중에 많이 사용되는 프래시 메모리 저장 장치들은 MLC타입이나 TLC로 만들어진다.
- TLC (Triple Level Cell)
: 한 cell에 3bit를 저장
- 한 셀로 8개의 정보를 표현
- 대용화 유리
- SLC, MLC타입보다 수명과 속도가 부족
- 용량 대비 가격 저렴
SLC, MLC, TLC는 플래시 메모리의 수명, 속도, 가격에 큰 영향을 미친다.
- 페이지(Page) : cell이 모여 만들어진 단위
- 블록(Block) : page가 모여 만들어진 단위
- 플레인(Plane) : bolck이 모여 만들어진 단위
- 다이(Die) : plane이 모여 만들어진 단위
- 읽기와 쓰기 = 페이지 단위로 이루어짐
- 삭제 = 블록 단위
: 읽기와 쓰기, 삭제 단위가 다르다는 것이 플래시 메모리의 가장 큰 특징
1. Free 상태
: 어떤 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태
2. Valid 상태
: 이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태
3. Invalid 상태
: 쓰레기값이라 부르는 유효하지 않은 데이터를 저장하고 있는 상태
플래시 메모리는 덮어쓰기가 불가능
: Valid 상태인 페이지에는 새 데잉터를 저장할 수 없음
가비지 컬레션(Garbage Collection)
: 플래시 메모리는 Invalid된 쓰레기값을 정리하는 기능
: 유효한 페이지를 새로운 블록에 복사한 뒤 기존 블록을 삭제
RAID(Redundant Array of Independent Disks)
: 주로 하드 디스크와 SSD를 사용하는 기술
: 데이터의 안전성 혹은 높은 성능을 위해, 여러 개의 물리적 보조기억장치를 하나의 논리적 보조기억장치처럼 사용하는 기술을 의미
RAID 종류
RAID 레벨 : RAID 구성 방법
(RAID0, RAID1, RAID2, RAID3, RAID4, RAID5, RAID6 / RAID10, RAID50)
1. RAID0
: 여러개의 보조기억장치에 데이터를 단순히 나누어 저장하는 구성 방식
: 저장되는 데이터가 하드 디스크 개수만큼 나뉘어 저장
- 스트라입(Stripe) : 줄무늬처럼 분산되어 저장된 데이터
- 스트라이핑(Striping) : 분산하여 저장하는 것
장점)
스트라이핑되면 저장된 데이터를 읽고 쓰는 속도 빨라진다.
여러개의 데이터를 동시에 읽고 사용할 수 있다.
단점)
저장된 정보가 안전하지 않다.
RAID0으로 구성된 하드 디스크 중 하나에 문제가 생기면 다른 하드 디스크 정보를 읽는데 문제가 생길 수 있다.
2. RAID1
: 복사본을 만드는 방식
: 거울처럼 완전한 복사본을 만드는 구성이기에 미러링(Mirroring)라고 한다.
: RAID1에 데이터를 쓸 때는 원본과 복사본 두 군데에 쓴다.
: 원본과 복사본에 데이터를 쓰기 때문에 쓰기 속도가 RAID0보다 느리다.
장점)
복구가 매우 간단하다
: 같은 디스크가 2개 있기에, 하나에 문제가 발생해도 잃어버린 정보를 금방 되찾을 수 있다.
단점)
하드 디스크 개수가 한정되어 있을 때 사용 간으한 용량이 적어진다.
: 복사본이 만들어지는 용량만큼 사용자가 사용하지 못한다.
: 많은 하드 디스크가 필요해진다. > 비용이 증가
3. RAID4
RAID1처럼 완전한 복사본 + 오류 검출 + 복구를 위한 정보 저장 장치(=패리티 비트)로 구성
패리티 비트(Parity bit)
: 오류 검출하고 복구하기 위한 정보
1. RIAD4에서는 피리티 정보를 저장한 장치로써 나머지 장치들의 오류를 검출 및 복구한다.
2. 패리티 비트는 본래 오류 검출용 정보지만, RAID에서는 오류 복구도 가능하다.
장점)
RAID1보다 적은 하드 디스크로도 데이터를 안전한게 보관할 수 있다.
단점)
새로운 데이터가 저장될 때마다 패리티를 저장하는 디스크에도 데이터를 쓰게 되므로 패리티를 저장하는 장치에 병목 현상이 발생
4. RAID5
RAID5는 RAID4의 병목현상을 패리티 정보 분산 저장 방식으로 해결한다.
5. RAID6
RAID5와 구성은 같지만, 서로 다른 패리티를 두는 방식이다.
저장 속도는 조금 느리지만 데이터를 더욱 안전하게 보관하고 싶을 때 사용한다.
장점)
: 서로 다른 패리티로 구성되어 있기에 오류를 검출하고 복구할 수 있는 수단이 두 개이다.
: RAID6은 RAID4, RAID5보다 안전하다.
단점)
: 새로운 정보를 저장할 때마다 함께 저장할 패리티가 두 개이므로, 쓰기 속도가 RAID5보다 느리다.
정리)
RAID0 : 데이터를 균등하게 분산하여 저장
RAID1 : 완전한 복사본
RAID4 : 패리티를 저장한 장치를 따로 두는 방식
RAID5 : 패리티를 분산하여 저장하는 방식
RAID6 : 서로 다른 패리티를 두는 방식
- NESTED RAID : 여러 RAID 레벨을 혼합한 방식
혼자 공부하는 컴퓨터구조 + 운영체제
07. 보조기억장치 (208p - 227p)
