Block Device

• bit나 depth 단위로 access가 이루어지는 RAM, ROM과 달리 특정 크기의 bytes(block) 단위로 access가 이루어지는 device
• RAM 등에서는 block access가 아닌 random access가 이루어짐.
• 컴퓨터에서 사용하는 고밀도 대용량의 기억장치들은 block device이며 보조기억장치로 활용됨.
• 최근에는 SSD에 의해 점유율 위협

Disk Drive

• 대표적인 non-volatile 기억장치
• 보조기억장치의 대명사
• Direct Access Storage Device & media (DASD)

DASD

• 보조기억장치들 중 저장된 데이터를 access하는데 해당 데이터가 저장된 순서나 위치에 상관없이 동일한 수준의 시간이 걸리는 장치들을 가르킴.
• block 단위로 access되며, 각 block들이 구별된 위치와 고유 address 등을 가지는 것을 특징으로하는 보조기억장치
• Disk Drive, Optical Disk 등에 활용
• CAV(Constant angular velocity) : 주로 floppy disk와 hard disk에서 사용되는 방식으로 각속도가 일정
• CLV(Constant linear velocity) : 주로 optical device에서 사용되는 방식. 최근 HDD에서도 채용되고 있기도 함.
  

Magnetic Tape

• HDD보다 용량대비 단가가 더 낮음.
• 속도는 매우 느리며 최후의 저장 장소로 보험용으로 사용됨.
• Sequential Access Storage Device & media (SASD)

SASD

• DASD와는 다르게 저장된 데이터에 access하는데 처음부터 순차적으로 access 함.

Optical Disk

• 이전에 프로그램 설치는 대부분 CD-ROM을 사용했을 정도로 많이 사용됨.
• 현재는 Flash memory의 가격이 떨어지면서 거의 사용되고 있지 않음.

More : Disk drive and Optical disk

Flash Memory and SSD

• Flash Memory는 read의 경우 RAM 같이 동작하며 write의 경우에는 block access를 수행하는 RAM 같은 EEPROM 유형의 기억장치
• SSD(Solid State Disk)는 Flash memory를 Disk drive 형태로 패키징하면서 Wear Leveling Processor 등을 추가하여 HDD처럼 Flash memory를 사용하게 한 것.

특징

• EEPROM의 일종으로 전기적으로 내용 변경 및 일괄 소거 가능

• RAM 같은 ROM

• 1bit를 담고 있는 cell 별로 read의 경우 random access가 가능

• cell이 저장할 수 있는 bit의 크기에 따라 다음과 같이 구분
  1. Single Level Cell(SLC) : 1bit/cell(=1BPC)
  2. Multi Level Cell(MLC) : 2bit/cell(=2BPC)
  3. Triple Level Cell(TLC) : 3bit/cell(=3BPC)
  4. Quadratic Level Cell(QLC) : 4bit/cell(=4BPC)

• 실제로는 32 or 64개의 cell이 연결된 string(or column)이 read의 최소단위(RAM과 유사)가 되며, 16 or 23개의 string이 모여 program(=write)의 최소단위인 Page(or Row)를 이루고 64 or 128개의 string이 모여 erase의 최소단위인 Block을 이룸(NAND Flash 기준)

• Page와 비슷한 개념으로 segment가 있음. page는 물리적으로 주소를 나누는 방식(같은 bit size로 나뉨)이고 segment는 논리적으로 나누는 방식(bit size가 다름)임.

  Page and Column
  Reference about Page and Column

• BPC가 커질수록 read time이 커져 느려지게 되며 동시에 수명도 짧아짐.

• Non-volatile memory.

  • DRAM처럼 bucket(=MOSFET+Floating Gate Transistor)에 전자를 담아 기억하는 방식. 하지만 DRAM과 달리 전자가 새지 않음(전원을 공급할 필요 없음)

• 쉽게 쓰기 지우기 가능. 단, 0에서 1로 변경하려면 우선 해당 데이터가 기록된 block 전체를 지우고 다시 기재해야함.

  • 특정 cell의 정보만 수정하는 처리 불가능
  • block(or string) 단위 별로 지우고 다시 쓰기 수행. 때문에 flash memory는 여러 block으로 나누어져 있음.

• 읽기/쓰기 수만번 가능.

  • 데이터를 저장하는 cell 하나당 쓰고 지우는 횟수의 한계가 존재
  • Flash memory를 Disk drive 형태로 패키징 한 SSD에서는 셀들을 block으로 묶고, 이들 블록이 몇차례 기록 되었는지를 카운트하여 구성 block들이 쓰고 지워진 횟수를 일정하게 유지시키는 wear leveling processor가 있음.

종류

• cell을 직렬로 연결하는지 병렬로 연결하는지에 따라 NAND Flash와 NOR Flash로 구성됨.

NAND Flash

• cell을 직렬로 연결한 방식으로 NOR Flash에 비해 read time이 느리다는 단점을 가지나, program(=write)와 erase time이 page, block 단위로 이루어지기 때문에 매우 빠름.
• cell이 차지하는 면적을 NOR Flash 대비 40% 수준이며 제조 단가가 적게 들어감.
• 이와 같은 이유로 높은 집적도의 경제성을 가진 제품 생산이 가능하여 현재 Flash memory 시장에서 가장 널리 사용됨.

NOR Flash

• cell을 병렬로 연결한 방식으로 NAND Flash에 비해 read time이 6-7배 정도 빠르지만 program과 erase가 cell 단위로 이루어져 매우 느림.
• 낮은 집적도와 높은 제조 단가로 인해 시장 규모가 축소되는 상황

References:
1) https://dsaint31.tistory.com/entry/Direct-Access-Storage-Device-media-DASD
2) https://dsaint31.me/mkdocs_site/CE