보조기억장치에는 다양한 종류가 있음
대중적인 보조기억장치: 하드 디스크, 플래시 메모리(USB, SD, SSD)
하드 디스크 Hard Disk Drive
- 자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조기억장치 이 때문에 자기 디스크 Magnetic disk라고도 불림
동그란 원판에 데이터를 저장하고 그것을 회전시켜 뾰족한 리더기로 데이터를 읽어 들임
플래터 Platter
- 하드 디스크에 실질적으로 데이터가 저장되는 곳 (동그란 원판)
- 플래터는 자기 물질로 덮여 있어 수많은 N극과 S극을 저장함 각각 0과 1을 수행함
스핀들 Spindle
- 플래터를 회전시키는 구성 요소
- RPM Revolution Rer Minute: 스핀들이 플래터를 돌리는 분당 회전수
- 15,000 RPM
- 1분에 15,000바퀴는 회전하는 하드 디스크
헤드 head
- 데이터를 읽고 쓰는 구성 요소
- 플래터 위에서 미세하게 떠 있는 채로 데이터를 읽고 쓰는, 바늘 같이 생긴 부품
- 헤드를 원하는 위치로 이동시키는 디스크 암 Disk arm에 부착되어 있음
- 하드 디스크는 많은 데이터를 저장해야 하지 때문에 일반적으로 여러 겹의 플래터로 이루어져 있음
하드 디스크 데이터 저장
플래터는 트랙 Track과 섹터 Sector라는 단위로 데이터를 저장함
- 트랙: 플래터를 여러 동심원으로 나누었을 때 그중 하나의 원
- 섹터: 나눠진 트랙의 한 조각
- 하드 디스크의 가장 작은 전송 단위
- 하나의 섹터는 일반적으로 512 Byte를 가지고 있으나 하드 디스크에 따라 차이가 있음
- 블록 block: 하나 이상의 섹터의 묶은 것
- 실린더 cylinder: 여러 겹의 플래터 상에서 같은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 논리적 단위
저장된 데이터 접근 시간
탐색 시간, 회전 지연, 전송 시간으로 나뉨
- 탐색 시간 seek time: 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간
- 회전 시간: 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간
- 전송 시간: 하드 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간을 의미함
위의 시간들은 성능에 영향을 끼치는 시간으로 PRM을 높이고 참조 지역성을 잘 배치는 것이 중요함
| L1 캐시 참조 시간 | 0.5ns |
| L2 캐시 참조 시간 | 5ns |
| 메모리 참조 시간 | 7ns |
| 메모리에서 1MB를 순차적으로 읽는 시간 | 250,000ns |
| (하드) 디스크 탐색 시간 | 10,000,000ns |
| (하드) 디스크에서 1MB를 순차적으로 읽는 시간 | 30,000,000ns |
| 한 패킷이 캘리포니아에서 네덜란드까지 왕복하는 시간 | 150,000,000ns |
다중 헤드 디스크의 경우 트랙마다 헤드가 있기 때문에 탐색 시간이 들지 않음
플래시 메모리 Flash memory
- 전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장 장치
- USB, SD카드, SSD는 플래시 메모리 기반 보조기억장치
- 주기억장치중 하나의 ROM에도 사용되고 우리가 일상적으로 접하는 거의 모든 전자 제품 안에 들어있음
- NAND 플래시 메모리, NOR 플래시 메모리가 있음
- 대용량 저장 장치로는 NAND 플래시 메모리를 자주 씀
셀 Cell
- 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위
- 셀이 모여 MB, GB, TB 용량을 갖는 저장 장치가 됨
- SLC Single Level Cell 타입: 한 셀에 1bit를 저장할 수 있는 플래시 메모리
- MLC Multiple Level Cell 타입: 한 셀에 2bit를 저장할 수 있는 플래시 메모리
- TLC Triple Level Cell 타입: 한 셀에 3bit를 저장할 수 있는 플래시 메모리
- QLC 타입: 한 셀에 4bit를 저장할 수 있는 플래시 메모리
- 이는 플래시 메모리 수명, 속도, 가격에 큰 영향을 끼침
플래시 메모리에 수명이 있나요?
-> 플래시 메모리, 하드 디스크 모두 수명이 있음, 일정 획수 이상 데이터를 쓰고 지우면 더 이상 데이터를 저장할 수 없음
SLC
- 한 셀로 2개의 정보를 표현할 수 있음(0과 1)
- MLC, TLC에 비해 비트의 빠른 입출력이 가능함(bit가 하나 있기 때문)
- 수명도 MLC, TLC보다 길어서 수만에서 수십만 번 데이터를 쓰고 지울 수 있음
- SLC는 용량 대비 가격이 높음
보통 기업에서 데이터를 읽고 쓰기가 매우 많이 반복되며 고성능의 빠른 장치가 필요한 경우 SLC를 사용함
MLC
- 한 셀로 4개의 정보를 표현할 수 있음
- SLC보다 일반적으로 속도와 수명이 떨어지지만 대용화하기 유리함 (한 셀에 2bit가 있기 때문)
- SLC 보다 저렴하기 때문에 시중에 사용되는 많은 플래시 메모리 저장 장치들이 MLC, TLC 으로 만들어짐
TLC
- 한 셀로 8개의 정보를 표현할 수 있음
- 대용량화 하기 유리함
- SLC, MLC 보다 수명과 속도가 떨어지지만 용량 대비 저렴함
썼다 지우기를 자주 반복해야 하는 경우 혹은 높은 성능을 원하는 경우 SLC
저가의 대용량 저장 장치를 원한다면 TLC
중간이라면 MLC을 선택하는 것이 좋음
| 구분 | SLC | MLC | TLC |
| 셀당 bit | 1bit | 2bit | 3bit |
| 수명 | 길다 | 보통 | 짧다 |
| 읽기 쓰기 속도 | 빠르다 | 보통 | 느리다 |
| 용량 대비 가격 | 높다 | 보통 | 낮다 |
플래시 메모리 단위
- 셀: 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위
- 페이지 Page: 셀들이 모여 만들어진 단위
- 블록 Block: 페이지가 모여 만들어진 단위
- 플레인 Plane: 블록이 모여 만들어진 단위
- 다이 die: 플레인이 모여 만들어진 단위
플래시 메모리에서 읽기와 쓰기는 페이지 단위로 이루어짐
삭제는 블록 단위로 이루어짐
페이지 상태
- 페이지는 3개의 상태를 가질 수 있음 Free, Valid, Invalid
- Free 상태: 어떠한 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태
- Valid 상태: 이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태
- Invalid 상태: 쓰레기 값이라 부르는 유효하지 않은 데이터를 저장하고 있는 상태
플래시 메모리는 하드 디스크와 달리 덮어쓰기가 불가능하여 Valid 상태인 페이지에서는 새 데이터를 저장할 수 없음
- A를 A'로 수정하고 싶지만 플래시 메모리는 덮어쓰기가 불가능하기 때문에 A'가 추가되고 A는 Invalid 상태 페이지가 되어 쓰레기 값이 됨
- A데이터를 없앤 블록 A를 블록 B로 복사하고 블록 A를 삭제함 -> 삭제는 블록 단위
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