Last update: @1/7/2023
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보조기억장치의 종류
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하드 디스크(HDD; Hard Disk Drive)
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구성 요소
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플래터(platter)
: 실질적으로 데이터가 저장되는 곳
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스핀들(spindle)
: 플래터를 회전시키는 구성 요소
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헤드(head)
: 플래터를 대상으로 데이터를 읽고 쓰는 구성요소
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디스크 암(disk arm)
: 원하는 위치로 헤드를 이동시키는 구성요소
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플래터에 데이터가 저장되는 방법
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플래터는 트랙(track)과 섹터(sector)라는 단위로 데이터를 저장함
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트랙
: 플래터를 여러 동심원으로 나누었을 때 그 중 하나의 원
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실린더(cylinder)
: 여러 겹의 플래터 상에서 같은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 논리적 단위. 연속된 정보는 보통 한 실린더에 기록됨. 디스크 암을 움직이지 않고도 바로 데이터에 접근할 수 있기 때문
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섹터
: 각 트랙이 나뉘어진 단위. 하드 디스크의 가장 작은 전송 단위로, 보통 512바이트 정도의 크기를 가지고 있고, 일부 하드디스크는 4,096바이트에 이르기도 함
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저장된 데이터에 접근하는 과정에 따른 소요 시간
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탐색 시간(seek time)
: 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간
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플래터 한 면당 헤드가 하나씩 달려있는 HDD를 단일 헤드 디스크(single-head disk = 이동 헤드 디스크(movable-head disk)), 여러 개 달려있는 것을 다중 헤드 디스크(multiple-head disk = 고정 헤드 디스크(fixed-head disk))라고 하는데, 다중 헤드 디스크에서는 이 탐색시간이 0임
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회전 지연(rotational latency)
: 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간
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전송 시간(transfer time)
: 하드 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간
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제프 딘의 프로그래머가 꼭 알아야 할 컴퓨터 시간들(2011년 기준)
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 |
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플래시 메모리(flash memory)
: 전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장 장치. 보조기억장치 뿐만 아니라 주기억장치인 ROM에도 사용됨
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기반 회로에 따른 종류
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NAND 플래시 메모리
: NAND 게이트 회로로 만들어진 메모리. 대용량 저장 장치로 많이 사용됨
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NOR 플래시 메모리
: NOR 게이트 회로로 만들어진 메모리
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셀(cell)
: 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위
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셀 크기에 따른 종류
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SLC(Single Level Cell)
: 한 셀에 1비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
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비트의 빠른 출력이 가능함
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수명도 수만~수십만 번 데이터를 쓰고 지울 수 있어 수명이 긺
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용량 대비 가격이 높음
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보통 기업에서 데이터를 읽고 쓰기가 매우 많이 반복되며 고성능의 빠른 저장장치가 필요한 경우에 사용
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MLC(Multiple Level Cell)
: 한 셀에 2비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
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SLC에 비해 일반적으로 속도와 수명은 떨어짐
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용량 대비 가격이 보통임
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시중에서 사용되는 많은 플래시 메모리 저장 장치들이 MLC 또는 TLC 타입
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TLC(Triple-Level Cell)
: 한 셀에 3비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
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SLC나 MLC 대비 수명과 속도가 떨어짐
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용량 대비 가격이 낮음
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QLC(Quadruple-Level Cell)
: 한 셀에 4비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
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플래시 저장장치의 단위
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다이(die)
: 플레인이 모여 만들어진 단위
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플레인(plane)
: 블록이 모여 만들어진 단위. 플래시 메모리의 읽기/쓰기 단위
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블록(block)
: 페이지가 모여 만들어진 단위. 플래시 메모리의 삭제 단위
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페이지(page)
: 셀이 모여 만들어진 단위
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페이지의 세 가지 상태
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Free 상태
: 어떠한 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태
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Valid 상태
: 이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태
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플래시 메모리는 HDD와 달리 덮어쓰기가 불가능하여 Valid 상태인 페이지에는 새 데이터를 저장할 수 없음
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따라서 새 데이터를 저장하려면 페이지를 삭제해야하는데, 삭제는 블록 단위로 이뤄짐
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따라서 최근 SSD를 비롯한 플래시 메모리는 이런 쓰레기값을 정리하기 위해 가비지 컬렉션(garbage collection) 기능을 제공함
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가비지 컬렉션은 삭제할 페이지가 있는 블록에서 Valid 상태인 페이지들만 다른 블록으로 복사한 후 기존 블록을 삭제하여 공간을 정리하는 기술
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Invalid 상태
: 쓰레기값이라 부르는, 유효하지 않은 데이터를 저장하고 있는 상태
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보조 기억장치 종류
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SSD
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USB
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SD카드