[01] 보조기억장치

보조기억장치

1. 하드디스크

• 자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조기억장치
• 자기디스크의 일종

하드디스크의 구조

• 플래터
  • 자기물질로 덮여 있어 N, S극을 저장하며, 각각의 N, S 극은 0과 1의 역할을 수행
• 스핀들
  • 플래터를 회전시키는 구성 요소
• RPM
  • 스핀들이 플래터를 돌리는 속도를 나타내는 단위
  • 15000RPM == 1분에 하드디스크가 15,000 바퀴 회전
• 헤드
  • 플래터 위에서 미세하게 떠있는 바늘과 같이 생긴 장치
  • 데이터를 읽고 쓰는 기능
• 디스크 암
  • 헤드를 원하는 위치로 이동시키는 장치

플래터

• 트랙
  • 플래터를 여러 동심원으로 나누었을 때, 그 중 하나의 원
  • 운동장 트랙이라고 생각하면 편함
• 섹터
  • 트랙을 여러조각을 나누는데, 이중 하나를 섹터라고 함
  • 하드디스크의 가장 작은 전송 단위, 일반적으로 512바이트 정도의 크기
  • 하드디스크에 따라 ~4096바이트 까지도 가짐
• 블록
  • 하나 이상의 섹터를 묶어 블록이라고 표현
• 실린더
  • 여러 층의 플래터 상에서, 같은 트랙이 위치한 곳을 지칭
  • 연속된 정보 기록에 사용
  • 디스크 암을 움직일 필요가 없기 때문

하드 디스크가 저장된 데이터에 접근하는 시간

• 탐색 시간
  • 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동 시키는 시간
• 회전 지연
  • 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간
• 전송 시간
  • 하드 디스크와 컴퓨터 간 데이터를 전송하는 시간

다중 헤드 디스크와 고정 헤드 디스크

• 단일 헤드 디스크
  • 플래터의 한 면에, 헤드가 하나씩 달려있는 하드 디스크
  • 이동 헤드 디스크
• 다중 헤드 디스크
  • 헤드가 트랙별로 여러개 달려있는 하드 디스크
  • 트랙마다 헤드가 있어 탐색시간이 0임
  • 고정 헤드 디스크

2. 플래시 메모리

• 흔히 사용하는 USB, SD, SSD 등...
• 전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반 저장 장치
• 보조기억장치 범주에 속한다기 보단, 다양한 곳에서 널리 사용
• 일상에서 접하는 모든 전자제품안에 플래시 메모리가 내장 되어있음
• NAND 플래시 메모리
  • NAND 연산을 수행하는 회로 기반으로 생성
  • 대용량 저장장치로 많이 사용
• NOR 플래시 메모리
  • NOR 연산을 수행하는 회로 기반으로 생성
  • 저용량

플래시 메모리 용어

• 셀
  • 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위
  • 각 셀에 1, 2, 3...비트를 저장 가능
  • 각각을 SLC, MLC, TLC라고 칭함
• SLC
  • 한 셀로 두 개의 정보를 표현 가능(0과 1)
  • 비트의 빠른 입출력이 가능
  • 수명이 긴 편, 약 수만번에서 수십만 번 데이터 작성 가능
  • 데이터를 많이 읽고 쓰며, 고성능 빠른 저장장치에 사용
• MLC
  • 한 셀로 네 개의 정보 표현 가능
  • SLC 보다 수명, 속도가 떨어지지만 대용량화에 유리
  • 용량 대비 가격이 저렴함
  • 시중의 많은 플래시 메모리들이 MLC 타입
• TLC
  • 한 셀로 여덟 개의 정보 표현 가능
  • 수명, 속도가 제일 떨어지나 용량이 가장 큼

• 페이지
  • 셀들이 모여 만들어진 단위
  • 읽고 쓰는 단위로, 데이터가 페이지에 저장
• 블록
  • 페이지들이 모여 만들어진 단위
• 플레인
  • 블록이 모여 만들어진 단위
• 다이
  • 플레인이 모여 만들어진 단위

페이지의 상태 세가지

• Free 상태
  • 어떠한 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 데이터를 저장 가능한 상태
• Valid 상태
  • 이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태
  • 덮어쓰기 불가능
• Invalid 상태
  • 쓰레기 값이라 불리는 유효하지 않은 데이터를 저장한 상태

가비지 컬렉션

• 덮어쓰기가 불가능한 플래시 메모리에서, 쓰레기 값을 정리하기위해 사용
• 삭제는 블록단위로 진행되어, 블록을 복사하여 쓰레기 페이지만 삭제한 뒤, 본래 블록을 삭제

RAID의 정의와 종류

RAID의 정의 (Redundant Array of Independent DIsks)

• 하드디스크와 SSD를 사용하여 데이터의 안전성 혹은 높은 성능을 위해, 여러개의 물리적 보조기억장치를 하나의 논리적 보조기억장치처럼 사용하는 기술

RAID의 종류

• RAID의 구성 방법을 RAID레벨이라고 함

RAID 0

• 특징
  • 여러개의 보조기억장치에 데이터를 단순히 나누어 저장하는 구성 방식
  • n개의 하드디스크는 각각 번갈아가면서 데이터를 저장
  • 줄무늬처럼 분산되어 스트라입이라 함
  • 분산하여 저장하는 것을 스트라이핑이라 함
• 단점
  • 안전하지 않은 정보
  • 고장날 시, 모든 정보를 읽는데 문제가 생김

RAID 1

• 특징
  • 복사본을 만드는 방식
  • 미러링이라고도 부름
  • 데이터를 쓸때, 원본과 복사본 모두 작성
  • 속도는 느리나, 복구가 매우 간단함
• 단점
  • 하드 디스크 개수가 한정이 되었을 때, 사용 가능한 용량이 적음
  • 비용 증가의 위험성

RAID 4

• 특징
  • RAID 1과 같이 완전한 복사본을 만드는 대신, 오류 검출 및 복구에 필요한 정보를 저장하는 장치를 둔 것
  • 오류 검출, 복구에 필요한 정보 == 패리티 비트
  • 적은 하드디스크로도 데이터를 안전하게 보관 가능
• 패리티비트
  • 원래 패리티비트는 오류 검출만 가능, 복구는 불가
  • RAID 4에서는, 어떠한 계산법을 통해 복구가 가능하나, 원래라면 불가능한 것이 맞음
• 단점
  • 데이터가 저장될 때 패리티비트를 저장하는 장치에도 데이터를 쓰므로, 병목현상 발생(속도 저하 위험)

RAID 5

• 특징
  • 패리티정보를 분산하여 저장하는 방식, 병목현상 해소

RAID 6

• 특징
  • 기본적인 구성은 RAID 5와 같으나, 서로 다른 두 개의 패리티를 두는 방식
  • 오류 검출및 복구 수단이 두 개임
  • 안전성 확보, 속도는 느림(저장할 패리티가 두 개 이므로)
  • 데이터를 안전하게 보관하고 싶을 때 사용이 외에도, 0과 1을 혼합한 RAID 10 방식과 5와 0을 혼합한 RAID 50 방식이 존재(Nested RAID)