CH07_ 보조기억장치

Jobmania·2023년 5월 14일

하드디스크

컴퓨터 구조

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07-1 강 다양한 보조 기억장치

보조 기억 장치란?

하드디스크(HDD : Hard Disk Drive)

자기적인 방식으로 데이터 저장

플래터 : 동그란 원판으로 실질적으로 데이터가 저장되는곳
스핀들 : 플래터를 회전시킴.
일반적으로 많은 양의 데이터를 저쟝해야되기 때문에 플래터는 양면으로 이루어져 있음.
헤드 : 플래터를 대상으로 데이터를 읽고 쓰는 구성요소
(그림을 보면 면마다 헤드가 있어 데이터를 읽고 쓸 수있음!)
디스크암 : 헤드를 움직이게 하는 요소 (일반적으로 모든 헤드가 디스크암에 부착되어 함께 이동함)

하드 디스크는 트랙과 섹터 단위로 저장됨.
트랙 : 하나의 동심원
섹터 : 트랙을 일부분 나눈 것
일반적으로 하나의 섹터는 512바이트 정도의 크기를 가지고 있음.
실린더 : 여러 겹의 플래터 상에서 같은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 논리적 단위
연속된 정보는 한 실린더에 기록이 된다.
-> 헤드는 다같이 움직이기 때문에 동선 낭비를 막을 수 있음

하드 디스크가 저장된 데이터에 접근하는 시간

탐색시간(seek time)
회전지연 (rotational latency)
전송시간 ( transfer time)

탐색시간

접근 하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간

회전지연

헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간

전송시간

하드디스크와 컴퓨터 간의 데이터를 전송하는 시간

하드 디스크의 데이터 접근 과정

즉 디스크 탐ㅅ핵시간과 읽는시간이 엄청 오래걸린다.

플래시 메모리(flash memory)

전기적으로 데이터를 읽고 쓰는 반도체 기반의 저장 장치.

범용성 높은 저장장치 (주기억장치 ROM으로도 사용된다.)

NAND 플래시 메모리, NOR 플래시 메모리

NAND 연산을 수행하는 회로
NOR 연산을 수행하는 회로
대용량 저장 장치로 많이 사용하는 플래시 메모리는 NAND 플래시 메모리이다.

셀 (cell)

플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위
셀이 모여서 MB, GB, TB 저장 장치가 된다.

1 비트를 저장 할 수 있는 플래시 메모리 : SLC
2 비트를 저장 할 수 있는 플래시 메모리 : MLC
3 비트를 저장 할 수 있는 플래시 메모리 : TLC
4 비트를 저장 할 수 있는 플래시 메모리 : QLC

SLC 타입

한 셀로 두개의 정보를 표현한다.
SLC 타입은 MLC, TLC 타입보다 비트의 빠른 입출력이 가능
긴수명이나 용량대비 고가격이다.

플래시 메모리(USB, SSD, SD 카드), 하드 디스크에는 수명이 있다. 일정 횟수 이상의 저장, 삭제 횟수 제한이 있음 .

MLC 타입

한 셀당 4개의 정보를 표현한다. ( 대용량에 유리하다)
SLC 보다 느린 입출력
SLC 보다 짧은 수명
SLC 보다 저렴하다.
시중에서 많이 사용한다.(MLC, TLC, QLC타입이 USB, SDD 메모리 등에 사용)

TLC 타입

한 셀당 8개의 정보를 표현한다.
MLC 보다 느린 입출력
MLC 보다 짧은 수명
MLC 보다 저렴
시중에서 많이 사용한다.(MLC, TLC, QLC타입이 USB, SDD 메모리 등에 사용)

각 타입 비교

플래시 메모리 - 저장단위

페이지 : 셀들이 모여 만들어진 단위
블록 : 페이지가 모여 만들어진 단위
플레인 : 블록이 모인 단위
다이 : 플레인이 모인 단위

플래시 메모리는 읽기, 쓰기는 페이지 단위, 삭제는 (페이지 보다 큰) 블록 단위로 이루어진다!

페이지 상태

Free 상태 : 어떠한 데이터를 저장하고 있지 않은 상태로 데이터 저장 할 수 있는 상태
Vaild 상태 : 이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태
Invailid 상태 : 유효하지 않은 데이터(쓰레기값)을 저장하고 있는 상태

플래시 메모리는 하드 디스크와 달리 덮어쓰기가 불가능! -> Invaild 상태에는 새 데이터 저장 불가능.

플래시 메모리 동작예시

X 블록이 4개의 페이지로 이루어져 있음.
C저장시 A,B는 그대로 저장이 되어있음
만약 A를 A'로 수정하고 싶다면 삭제는 블록단위로 이루어지기 때문에 한 페이지만 삭제하고 저장은 불가능하다

가비지 컬렉션

A' 라는 새로운 값을 저장하고 A라는 쓰레기값이 남게 된다.
그래서 유효한 페이지들만 새로운 블록으로 복사를 한다.
기존의 블록은 삭제!

07-2 강 RAID의 정의와 종류

1TB 하드 디스크 네개로 RAID를 구성하면 4TB 하드디스크 한개의 성능과 안정성을 능가할 수 있다.

수많은 데이터를 하나의 하드디스크에 저장하면 안된다.
보조기억장치에는 수명이 있기도 하고 또한 데이터 소실 가능성이 있음
그래서 여러 디스크에 분산하여 저장

RAID(Redundant Array of Independent Disks)

하드 디스크와 SSD로 사용하는 기술
데이터의 안정성 혹은 높은 성능을 위해 여러 물리적 보조기억장치를 마치 하나의 논리적 보조기억장치처럼 사용하느 기술
마치 1TB 장치 다섯개를 5TB를 하나의 장치로 사용할 수 있다.

RAID 레벨

RAID를 구성하는 기술
RAID 0, RAID 1, RAID 2, RAID 3, .... ~~ RAID 10, RAID 50
RAID 2, 3 은 현재 잘 사용되지 않는다.

RAID 0

데이터를 단순히 나누어 저장하는 방식.
각 하드 디스크는 번갈아 가며 데이터를 저장한다.
저장되는 데이터가 하드 디스크 만큼 나누어서 저장한다.
스트라입(Stripe) : 마치 줄무니 처럼 분산되어 저장된 데이터
스트라이핑(Striping) : 분산하여 저장하는 것

RAID 0 의 장점

1. 입출력 속도가 향상된다.(하나의 4TB보다 4개의 1TB가 이론상 4배 빠르다.)

RAID 0 의 단점

1.저장된 정보가 안전하지 않다..

RAID 1

미러링(mirrorign) : 복사본을 만드는 방식
데이터를 쓸 때 원본과 복사본을 두군데에 쓴다.(느린 쓰기 속도)

RAID 1의 단점

복구가 매우 간단하다는 장점 : 동일한 데이터가 복사되어있음

RAID 1의 단점

느린 쓰기 속도

하드 디스크 갯수가 한정 되었을 때 사용가능한 용량이 적어짐

복사본이 만들어지는 용량만큼 사용불가 -> 많은 양의 하드디스크가 필요 -> 비용 증가.

RAID 4

RAID 1처럼 완전한 복사본을 만드는 대신에 오류를 검출하고 복구하기 위한 정보를 저장( 패리티 비트(parity bit)).
패리티를 저장한 장치를 이용하여 장치들의 오류를 검출하고 있다면 복구!
RAID 4 는 RAID 1 보다 적은 하드 디스크로 데이터 안전하게 보관 가능함!

원래 패리티 비트는 오류 검출만 가능하고 복구는 불가능하지만, RAID에서는 패리티 값으로 오류를 수정 가능하다.
1. RAID 4에서 패리티 정보를 저장한 장치는 나머지장치의 오류 검출 및 복구한다.
2. 패리티 비트는 본래 오류 검출용 정보지만, RAID 에서는 오류 복구도 가능하다!