[CS] 보조 기억 장치

목차

• 하드 디스크
• 플래시 메모리
• RAID

 

하드 디스크

 

플래터 - 동그란 원판 모양으로 하드 디스크에서 실질적으로 데이터가 저장되는 곳

• 자기 물질로 덮여 있어서 수많은 N극과 S극을 저장한다 (이들은 0과 1의 역할을 수행)

스핀들 - 플래터를 회전시키는 구성 요소

• 스핀들이 플래터를 돌리는 속도는 RPM으로 나타낸다 (분당 회전수)

 

하드 디스크 - 저장 단위

 

 

기본적으로 트랙과 섹터(512 ~ 4096 바이트) 단위로 데이터 저장

• 트랙: 플래터를 여러 동심원으로 나누었을 때 그 중 하나의 원
• 섹터: 트랙은 여러 조각으로 나누어지는데 그 한 조각이 섹터
  
  • 하드 디스크의 가장 작은 전송 단위
  • 하나 이상의 섹터를 묶어 블록이라고 표현하기도 한다

 

 

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

연속된 정보는 한 실린더에 기록

한 실린더에 있다면 헤드를 움직일 필요 없이 연속된 정보를 한번에 읽을 수 있음

 

 

 

하드 디스크 - 데이터 접근 과정

• 하드 디스크가 저장된 데이터에 접근하는 시간
  • 탐색 시간 (seek time)
  • 회전 지연 (rotational latency)
  • 전송 시간 (transfer time)

 

1. 탐색 시간

• 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간

 

 

 

2. 회전 지연

• 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전 시키는 시간

 

 

3. 전송 시간

• 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간

 

 

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플래시 메모리

전기적으로 데이터를 읽고 쓰는 반도체 기반 저장 장치

SSD, SD카드, USB 메모리가 전부 다 플래시 메모리 기반의 저장장치

 

 

플래시 메모리의 종류

• NAND 플래시 메모리
• NOR 플래시 메모리

 

저장단위 - 셀(cell)

• 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위
• 이 셀이 모이고 모여 서 MB, GB, TB 저장 장치가 된다

 

한 셀(집)에

• 1비트(사람 한명)를 저장할 수 있는 플래시 메모리: SLC
• 2비트(사람 두명)를 저장할 수 있는 플래시 메모리: MLC
• 3비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리: TLC
• 4비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리: QLC

 

SLC 타입

• 한 셀로 두 개의 정보 표현
• 비트의 빠른 입출력
• 긴 수명
• 용량 대비 고가격
• 혼자서 사는 집

 

MLC 타입

• 한 셀로 네 개의 정보 표현(대용량화 유리)
• SLC보다 느린 입출력
• SLC보다 짧은 수명
• SLC보다 저렴
• 시중에서 많이 사용

 

TLC 타입

• 한 셀로 여덟 개의 정보 표현(대용량화 유리)
• MLC보다 느린 입출력
• MLC보다 짧은 수명
• MLC보다 저렴
• 시중에서 많이 사용

 

정리

같은 플래시 메모리라도 내부 구성에 따라서 수명, 가격, 성능이 다르다!

 

 

플래시 메모리의 단위

읽기 / 쓰기 단위와 삭제 단위는 다르다.

• 읽기와 쓰기는 페이지 단위로 이루어짐
• 삭제는 (페이지보다 큰) 블록 단위로 이루어짐

 

 

페이지의 상태

플래시 메모리는 하드 디스크와 달리 덮어쓰기가 불가능

• Free 상태
  • 어떠한 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태
• Valid 상태
  • 이미 유효한 데이터를 저장하고 잇는 상태
• Invalid 상태
  • 유효하지 않은 데이터(쓰레기 값)를 저장하고 있는 상태

 

플래시 메모리 - 동작 예시

 

새롭게 저장된 C와 기존에 저장되어 있더 B는 그대로 둔 채 기존의 A만을 A'로 수정하고 싶다면?

 

 

가비지 컬렉션

유효한 페이지들만 새로운 블록으로 복사한 후 기존 블록을 삭제하여 공간을 정리하는 기능

1. 유효한 페이지들만을 새로운 블럭으로 복사
2. 기존의 블록을 삭제

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RAID (Redundant Array of Independent Disks)

하드 디스크와 SSD로 사용하는 기술

데이터의 안전성 혹은 높은 성능을 위해 여러 물리적 보조기억장치를

마치 하나의 논리적 보조기억장치 처럼 사용하는 기술

 

 

RAID 레벨(종류)

• RAID를 구성하는 기술
• RAID0, RAID1,  RAID2,  RAID3,  RAID4,  RAID5, RAID6 
• 그로부터 파생된 RAID10, RAID50, ...

 

RAID 0

 

데이터를 단순히 나누어 저장하는 구성 방식

• 스트라입(stripe): 마치 줄무늬처럼 분산되어 저장된 데이터
• 스트라이핑(striping): 분산하여 저장하는 것

장점: 입출력 속도의 향상

단점: 저장된 정보가 안전하지 않음

 

 

 

RAID 1

 

데이터를 쓸 때 원본과 복사본 두 군데에 씀(느린 쓰기 속도)

• 미러링(mirroring): 복사본을 만드는 방식

장점: 백업과 복구가 쉽다.

단점: 하드 디스크 개수가 한정되었을 때 사용 가능한 용량이 적어짐

복사본이 만들어지는 용량만큼 사용 불가 => 많은 양의 하드 디스크가 필요 => 비용 증가

 

 

 

RAID 4

(RAID 1 처럼 완전한 복사본을 만드는 대신) 오류를 검출하고 복구하기 위한 정보(패리티 비트)를 저장

RAID에서 사용하는 패리티를 저장한 장치를 이용해 다른 장치들의 오류를 검출하고, 오류가 있다면 복구

• 패리티 비트는 오류 검출만 가능할 뿐 오류 복구는 불가능
• RAID 1 보다 적은 하드 디스크로도 데이터를 안전하게 보관

단점: 패리티 디스크의 병목현상

 

 

 

RAID 5

패리티 정보를 분산하여 저장하는 방식 - 병목 현상 완화

 

 

 

RAID 6

두 종류의 패리티(오류를 검출하고 복구할 수 있는 수단)

• RAID 5보다는 안전, 쓰기는 RAID 5보다 느림

 

RAID 정리

• 각 RAID 레벨마다 장단점이 있음
• 어떤 상황에서 무엇을 최우선으로 원하는지에 따라 최적의 RAID 레벨은 달라질 수 있음
• 각 RAID 레벨의 대략적인 구성과 특징을 아는 것이 중요

 

 

 

해당 포스팅에 나온 글과 이미지들은 강민철 저자님의 혼자 공부하는 컴퓨터 구조 + 운영체제의 책과 강의를 참고하여 만들어졌습니다.

책에서 보다 깊게 나오는 내용이 있으므로 한번 구매하고 보셔도 좋을 것 같습니다.

[한빛미디어] 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제