[Computer Science] 보조기억장치 : 다양한 보조기억장치

다양한 보조기억장치 중 가장 대표적으로 사용되는
하드디스크와 플래시메모리에 대해 정리하였습니다.

참조 : 인프런 '개발자를 위한 컴퓨터공학 1: 혼자 공부하는 컴퓨터구조 + 운영체제'

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< 하드디스크 >

자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조기억장치

 

스핀들, 플래터

 

[ 스핀들 ]

• • 플래터를 고정하고 회전시키는 축.
  • RPM(Revolution Per Minute) : 분당 회전수

[ 플래터 ]

• • 데이터를 저장하는 자성 물질로 이루어진 실제 저장ㅅ 매체.
  • 일반적으로 플래터 양면 모두 사용.
  • 여러 개의 트랙과 섹터로 나뉨.

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[ 헤드 ]

• • 플래터의 자성 표면에서 데이터를 읽고 쓰는 작은 장치.
  • 플래터의 양면마다 헤드가 있음.

[ 모니터 암 ]

• • 드를 플래터 표면의 원하는 위치로 이동시키는 팔.

 

 

 

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< 하드디스크: 저장 단위 >

섹터(sector)가 모여 트랙(track)이 되고, 트랙이 모여 실린더(cylinder)가 됩니다.

섹터와 트랙 단위로 데이터를 저장합니다. 보통 연속된 정보는 한 실린더에 기록됩니다.

 

섹터, 트랙, 실린더

+. 섹터의 크기 : 512 byte ~ 4096 byte

 

 

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< 하드디스크: 데이터 접근 과정 >

하드디스크가 저장된 데이터에 접근하는 시간은 탐색 시간(seek time), 회전 지연(rotational latency), 전송 시간(transfer time)에 따라 달라집니다.

 

 

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[ 탐색 시간 ]

탐색 시간

: 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간

 

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[ 회전 지연 ]

회전 지연

: 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간

 

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[ 전송 시간 ]

전송 시간

: 하드 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간

 

 

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+. Jeff Dean - Numbers Every Programmer Should Know

 

 

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< 플래시 메모리 >

전기적으로 데이터를 읽고 쓰는 반도체 기반 저장 장치

범용성이 넓기에 보조기억장치에서'만' 쓰이지는 않습니다.

 

플래시 메모리 (빨간 박스)

 

 

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< 플래시 메모리: Cell >

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

셀이 모여 MB, GB, TB 저장 장치가 됩니다.

 

• SLC (Single Level Cell) : 1셀에 1비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
• MLC (Multi Level Cell) : 1셀에 2비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
• TLC (Triple Level Cell) : 1셀에 3비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
• QLC (Quad Level Cell) : 1셀에 4비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리

 

 

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[ SLC (Single Level Cell) ] : 한 집(1 cell)에 한 명(1 bit)

 

• 한 셀로 두 개의 정보 표현
• 빠른 입출력
• 긴 수명
• 용량 대비 고가격

 

 

 

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[ MLC (Multi Level Cell) ] : 한 집(1 cell)에 두 명(2 bit)

 

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

 

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[ TLC (Triple Level Cell) ] : 한 집(1 cell)에 세 명(3 bit)

 

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

 

 

 

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구분	SLC	MLC	TLC
셀당 bit	1 bit	2 bit	3 bit
수명	길다	보통	짧다
읽기/쓰기 속도	빠르다	보통	느리다
용량 대비 가격	높다	보통	낮다

 

 

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< 플래시 메모리: 읽기(쓰기) / 삭제 >

플래시 메모리의 읽기/쓰기 단위와 삭제 단위는 다릅니다.
- 읽기와 쓰기는 페이지 단위로 이루어짐
- 삭제는 블록 단위로 이루어짐

 

 

• 셀들이 모여 페이지(page)
• 페이지들이 모여 블록(block)
• 블록이 모여 플레인(plane)
• 플레인이 모여 다이(die)

 

 

 

 

[ 페이지의 상태 ]

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

 

 

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[ 가비지 컬렉션 ]

: 프로그램이 효율적으로 메모리를 사용할 수 있게 하는 메모리 관리 기법입니다.

 

가비지 컬렉션 과정

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

 

+. 플래시 메모리는 하드 디스크와 달리 덮어쓰기가 불가능합니다.