[혼공학습단 12기] 7장, 보조기억장치

" 하드 디스크 구성 요소 " 

자가적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조 기억 장치

출처 : https://www.easeus.com/diskmanager/what-is-hdd.html

[ 플래터 ] flatter

- 실질적으로 데이터가 저장되는 곳

- 자기 물질로 덮여 있어 수많은 N, S극을 저장함 (0,1 역할을 수행)

 

[ 스핀들 ] spindle

- 플래터를 회전시키는 구성 요소

- 스핀들이 플래터를 돌리는 속도는 분당 회전수를 나타내는 RPM 단위로 표현

 

[ 헤드 ] head

- 플래터를 대상으로 데이터를 읽고 쓰는 구성 요소

 - 플래터 위에서 미세하게 떠있는 채로 데이터를 읽고 쓰는, 바늘같이 생긴 부품

 

[ 디스크 암 ] disk arm

- 원하는 위치로 헤드를 이동시킨다.

 

CD, LP에 비해 훨씬 많은 양의 데이터를 저장해야 하므로, 일반적으로 여러 겹의 플래터로 이루어져 있고, 플래터의 양면을 모두 사용할 수 있다. ( 양면 사용 시, 위아래로 플래터당 두 개의 헤드가 사용됨 )

 

" 플래터에서의 데이터 저장 방식 " 

CD, LP에 비해 훨씬 많은 양의 데이터를 저장해야 하므로, 일반적으로 여러 겹의 플래터로 이루어져 있고, 플래터의 양면을 모두 사용할 수 있다. ( 양면 사용시, 위아래로 플래터당 두 개의 헤드가 사용됨 )

 

출처 : 위키피디아

[ 트랙 ] track

플래터를 여러 동심원으로 나누었을 때 그 중 하나의 원

 

[ 섹터 ] sector

트랙을 여러 조각으로 자른 것 중 한 조각으로 하드디스크의 가장 작은 전송 단위 (일반적으로 1 sector 당 512byte)

 

[ 실린더 ] cylinder

- 여러 겹의 플래터 상에서 같은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 논리적 단위

- 연속된 정보는 보통 한 실린더에 기록된다 ( 그래야 디스크 암을 움직이지 않고 바로 데이터에 접근 가능 )

 

" 플래터에서의 데이터 접근 방식 " 

https://www.youtube.com/watch?v=ojGvHDjHPb4

하드디스크 작동 영상

하드 디스크가 저장된 데이터에 접근하는 시간

1. 탐색 시간

접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간

2. 회전 지연

헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간

3. 전송 시간

하드 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간

 

" 플래시 메모리 " 

전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장 장치

( EX.) USB 메모리, SD 카드, SSD )

 

- 셀이라는 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위를 사용, 하나의 셀에 몇 비트를 저장할 수 있느냐에 따라 플래시 메모리 종류가 달라진다. (SLC / MLC / TLC )

- 수명이 있어서, 수명을 다하면 사용 불가능

 

1. SLC 

- 한 셀에 1비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리

- 한 집에 한 명이 사는 것, 혼자 사는 집에 제약 없이 출입 가능하므로 비트의 빠른 입출력이 가능

- 수명이 길어서 수만에서 수십만 번 가까이 데이터를 쓰고 지우고 반복할 수 있다.

- 용량 대비 비싸다. ( 혼자 살면 주거 비용이 오르는 것과 같다 )

- 보통 기업에서 고성능의 빠른 저장 장치가 필요한 경우에 사용

 

2. MLC

- 한 셀에 2비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리 (2^2 =4개의 정보)

- 속도와 수명은 떨어진다.

- 대용량화하기 유리하다. ( 한 집에 두 명씩 사는 게 한 명씩 사는 것보다 훨씬 더 많이 수용할 수 있는 것과 같다. ) 

- 용량 대비 저렴하다. (  둘이 살면 나눠내므로 주거 비용이 감소하는 것과 같다 )

 

3. TLC

- 한 셀에 3비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리  (2^3 =8개의 정보)

- 대용량화하기 유리하다.

- SLC, MLC에 비해 수명과 속도 떨어지지만 용량 대비 저렴하다.

 

정리 :

고성능 => SLC

저가, 대용량 저장 => TLC

중간 => MLC

 

" 셀보다 큰 단위 " 

페이지 => 블록 => 플레인 => 다이

셀들이 모여진 단위 => 페이지가 모여진 단위 => 블록이 모여진 단위 = > 플레인이 모여진 단위

 

- 플래시 메모리에서 읽기, 쓰기는 페이지 단위로 이루어진다.

- 삭제는 블록 단위로 이루어진다.

 

1. Free 상태

- 어떠한 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태

 

2. Vaild 상태

- 이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태

 

3. Invaild 상태

- 쓰레기값이라 부르는 유효하지 않은 데이터를 저장하고 있는 상태

 

- 플래시 메모리는 덮어쓰기가 불가능해 vaild 상태에선 새 데이터를 저장할 수 없다.

=> 이 과정에서 쓰레기값이 발생할 수 있어 가비지 컬렉션 기능이 있다. 

 

" RAID " 

하드 디스크와 SSD를 사용하는 기술로, 데이터의 안정성 및 높은 성능을 위해 여러 개의 물리적 보조기억장치를 하나의 논리적 보조기억장치처럼 사용한다.

 

구성에 따라 나누고, 이를 RAID 레벨이라 부른다.

 

1. RALD 0

- 여러 개의 보조기억장치에 데이터를 단순히 나누어 저장하는 구성 방식

- 어떤 데이터를 저장할 때 하드 디스크 개수만큼 나뉘어 저장된다.

- 저장된 정보가 안전하지 않다. 

- 하드 디스크 중 하나에 문제가 생기면 모든 하드 디스크 정보를 읽는데 문제가 생길 수 있다.

 

스트라입

줄무늬처럼 분산되어 저장된 데이터

 

스트라이핑

분산하여 저장하는 것

 

2. RALD 1

- 복사본을 만드는 방식

- 마치 거울처럼 완전한 복사본을 만드는 구성이라, 미러링이라고도 부른다.

- 데이터를 쓸 때, 원본과 복사본 두 군데에 쓰기 때문에 RALD 0보다 느리다. 

- 복구가 매우 간단하다.

- 하드 디스크 개수가 한정되었을 때 사용 가능한 용량이 적어진다. (복사본이 만들어지는 용량만큼 사용하지 못하므로)

 

 

3. RALD 4

- 완전한 복사본을 만들지만 오류를 검출하고 복구하기 위한 정보(패리티 비트)를 저장하는 장치를 가지는 구성 방식

- 적은 하드디스크로도 데이터를 안전하게 보관한다.

 

4. RALD 5

- 패리티 정보를 분산하여 저장해 병목 현상을 해소한다.

 

5. RALD 6

- 서로 다른 2개의 패리티 정보를 가진다. (오류 검출 및 복구 수단이 2개)

- 안전한 구성

- 새로운 정보를 저장할 때마다 저장할 패리티가 2개이기 때문에, 쓰기 속도가 느리다.