[혼자 공부하는 컴퓨터구조] 07. 보조기억장치

07-1. 다양한 보조기억장치

하드 디스크(HDD; Hard Disk Drive)

하드 디스크(HDD)

 

: 자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조기억장치

--> 데이터는 하드 디스크이 섹터, 트랙, 실린더에 저장된다.

• 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

 

플래시 메모리(flash memory)

: 전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장 장치

• NAND 플래시 메모리: NAND 게이트를 기반으로 만들어진 메모리
• NOR 플래시 메모리: NOR 게이트를 기반으로 만들어진 메모리

▷ 셀(cell): 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위

--> 하나의 셀에 몇 비트를 저장할 수 있느냐에 따라 플래시 메모리 종류가 나뉜다.

• SLC(Single Level Cell) 타입: 한 셀에 1비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리 --> 2^1
  --> 수명이 길고, 읽기/쓰기 속도가 빠르고, 용량 대비 가격이 높다.
• MLC(Multiple Level Cell) 타입: 한 셀에 2비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리 --> 2^2
• TLC(Triple-Level Cell) 타입: 한 셀에 3비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리 --> 2^3
  --> 수명이 짧고, 읽기/쓰기 속도가 느리고, 용량 대비 가격이 낮다.

 

▷ 페이지(page), 블록(blcok), 플레인(plane), 다이(die)

: 셀들이 모여 만들어진 단위를 페이지(page), 페이지가 모여 만들어진 단위를 블록(block), 블록이 모여 만들어진 단위를 플레인(plane), 플레인이 모여 만들어진 단위를 다이(die)라고 한다.

플래시 메모리에서 읽기/쓰기는 페이지(page) 단위로 이루어진다. 반면, 삭제는 블록(block) 단위로 이루어진다.

 

▷ 페이지(page) 상태

• Free 상태: 어떠한 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태
• Valid 상태: 이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태
• Invalid 상태: 쓰레기값이라 부르는 유효하지 않은 데이터를 저장하고 있는 상태
  --> 플래시 메모리는 하드 디드스와는 달리 덮어쓰기가 불가능하며, Valid 상태인 페이지에는 새 데이터를 저장할 수 없다.

▶ 가비지 컬렉션(garbage collection) 기능

1. 유효한 페이지들만을 새로운 블록으로 복사한 뒤,
2. 기존의 블록을 삭제한다.

플래시 메모리의 데이터 저장, 가비지 컬렉션(garbage collection) 기능

 

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07-2. RAID(Redundant Array of Independent Disks)의 정의와 종류

▶ RAID의 정의

: 주로 하드 디스크와 SSD를 사용하는 기술로, 데이터 안정성 혹은 높은 성능을 위해 여러 개의 물리적 보조기억장치를 마치 하나의 논리적 보조기억장치처럼 사용하는 기술

 

▶ RAID의 종류

--> RAID 레벨: RAID 구성 방법

• RAID 0: 여러 개의 보조기억장치에 데이터를 단순히 나누어 저장하는 구성 방식
  --> 스트라이핑(striping): 데이터를 줄무늬처럼 분산하여 저장하는 것
  - 장점: 하나의 대용량 저장 장치를 이용했더라면 여러 번에 걸쳐 읽고 썼을 데이터를 동시에 읽고 쓸 수 있다.
  - 단점: 저장된 정보는 안전하지 않다. RAID 0으로 구성된 하드디스크 중 하나에 문제가 생긴다면 다른 모든 하드디스크의 정보를 읽는 데 문제가 생길 수 있다.
• RAID 1: 복사본을 만드는 방식(미러링; mirroring)
  - 장점: 저장된 정보는 안전하다. 똑같은 디스크가 두 개 있는 셈이기 때문에, 복구가 매우 간단하다.
  - 단점: 하드 디스크 개수가 한정되었을 때 사용 가능한 용량이 적어진다. 결국 많은 양의 하드 디스크가 필요하게 되고, 비용이 증가한다.
• RAID 4: RAID 1처럼 완전한 복사본을 만드는 대신 오류를 검출하고 복구하기 위한 정보를 저장한 장치를 두는 구성 방식
  --> 패리티 비트(parity bit): 오류를 검출하고 복구하기 위한 정보
  - 단점: 새로운 데이터가 저장될 때마다 패리티를 저장하는 디스크에도 데이터를 쓰게 되므로, 패리티를 저장하는 장치에 병목 현상이 발생한다.
• RAID 5: 패리티 정보를 분산하여 저장하여, RAID 4의 문제인 병목 현상을 해소한 방식
• RAID 6: 구성은 기본적으로 RAID 5와 같으나, 서로 다른 두 개의 페리티를 두는 방식
  - 장점: 오류를 검출하고 복구할 수 있는 수단이 두 개가 생긴다. 따라서 RAID 4와 RAID 5보다 안전한 구성이다.
  - 단점: 새로운 정보를 저장할 때마다 함께 저장할 패리티가 두 개이므로, 쓰기 속도는 RAID 5보다 느리다.