[혼공컴운] 컴퓨터 구조 chapter 7

다양한 보조기억장치

하드 디스크

    하드 디스크 : 자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조기억장치. 자기 디스크의 일종

    플래터 : 동그란 원판. 하드디스크에서 실질적으로 데이터가 저장되는 공간
    스핀들 : 플래터를 회전시키는 구성 요소. 스핀들이 플래터를 돌리는 속도는 RPM 으로 표현
    RPM : 분당 회전수. 
    ex) RPM = 15,000 => 1분당 15,000 바퀴 회전
    헤드 : 플래터를 대상으로 데이터를 읽고 쓰는 구성 요소
    디스크 암 : 헤드를 원하는 위치로 이동시키는 부품

플래터에 데이터 저장되는 방식

    트랙과 섹터 단위로 데이터를 저장

    트랙: 한 플래터를 동심원으로 나눈 공간
    섹터: 트랙에서 나누어진 단위. 하드 디스크의 가장 작은 전송 단위
    실린더: 여러 겹의 플래터 상에서 같은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 논리적 단위

 

하드디스크 -데이터 접근과정

    하드 디스크가 저장된 데이터에 접근하는 시간 = 탐색 시간 + 회전 지연 시간 + 전송 시간
    탐색 시간 : 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간
    회전 지연 : 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간
    전송 시간 : 하드 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간

※다중 헤드 디스크와 고정 헤드 디스크
    단일 헤드 디스크 : 플래터의 한 면당 헤드가 하나씩 달려있는 하드 디스크.
    헤드를 데이터가 있는 곳 까지 이동 필요. 이동 헤드 디스크라고도 함
    다중 헤드 디스크 : 헤드가 트랙별로 여러 개 달려있는 하드 디스크
    헤드를 움직일 필요 X. 고정 헤드 디스크(fixed-head disk) 라고도 함

 

플래시 메모리

    플래시 메모리 : 전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장 장치

    범용성이 넓어서 보조기억장치로만 쓰이지만은 않음 -ROM에도 쓰임
    보조기억장치로도 많이 쓰임 - USB, SD카드, SSD 

 

 

 

셀 : 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위

      셀이 모여 MB,GB,TB가 된다
페이지 : 셀들이 모여 만들어진 단위

블록 : 페이지들이 모여 만들어진 단위

플레인 : 블록이 모여 만들어진 단위

다이 : 플레인이 모여 만들어진 단위

 

플래시메모리 - 저장단위

    플래시 메모리는 읽기/쓰기와 삭제 단위가 다르다

    읽기/쓰기는 페이지 단위로 이루어짐

   삭제는 (페이지보다 큰) 블로 단위로 이루어짐

※셀 당 저장하는 비트 수에 따른 플래시 구분

SLC : 한 셀당 한 비트씩 저장하는 셀.
          0 또는 1 저장 가능.- 한셀로 두개의 정보 표현
          비트의 빠른 입출력
          긴 수명
          용량 대비 고가격


MLC : 한 셀에 2비트씩 저장할 수 있는 셀.
          00, 01, 10, 11 총 4 가지 저장 가능. - 한 셀로 네개의 정보 표현
          SLC보다 비트의 느린 입출력
          SLC보다 짧 수명
          SLC보다 저렴
          시중에서 많이 사용 (MLC,TLC,QLC)


TLC : 한 셀에 3비트씩 저장할 수 있는 셀.
          000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 총 8 가지 저장 가능. -한 셀로 여덟 개의 정보 표현(대용량화 용이)
          MLC보다 비트의 느린 입출력
          MLC보다 짧 수명
          MLC보다 저렴
          시중에서 많이 사용 (MLC,TLC,QLC)

-> 같은 플래시 메모리라도 수명 가격 성능이 다르다!

 

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 값(쓰레기 값)을 가지고 있는 상태
    ※플래시는 덮어쓰기가 불가능하여 Vaild 상태의 페이지에는 저장할 수 없음.

 

플래시 작동 예시

1 . 비어있는 페이지에 새로운 데이터 저장 C 

     Free 상태인 페이지에 데이터 C 저장 - 그냥 저장 가능

 

2 . 기존 데이터 A -> A' 변경 

     페이지 삭제는 불가하므로 Free페이지에 A' 추가하고 기존의 A는 Invalid로 변경하여 블록을 구성한다!

 

3. 가비지 컬랙션 
     1. 유효한 페이지들만을 새로운 블록으로 복사

     2. 기존의 블록을 삭제

→ Vaild 페이지만 새로운 블록으로 복사한 후 기존의 블록 전체를 삭제하는 과정
플래시 메모리의 읽기/쓰기 단위는 페이지, 삭제 단위는 블록인 특성으로 인한 과정

 

RAID의 정의와 종류

RAID의 정의

RAID : 주로 하드디스크와 SSD를 사용하는 기술로, 데이터 안정성 혹은 높은 성능을 위해 여러개의 물리적 보조 기억 장치를 하나의 논리적 보조기억 장치처럼 사용하는 기술 

RAID 종류

RAID의 레벨이라고 부르며 이번엔 RAID-0,1,4,5,6 에 대해서 설명한다

 

RAID 0

단순히 데이터를 나누어 저장하는 방식

각 하드 디스크는 번갈아 가며 데이터를 저장한다.

저장되는 데이터가 하드 디스크 개수만큼 나뉘어 저장

스트라입 : 줄무늬 처럼 분산되어 저장된 데이터

스트라이핑 : 분산하여 저장하는 것

 

장점 : 입출력 속도의 향상!

단점 : 저장된 정보가 안전하지 않음 - 하나가 고장나면 데이터가 망가짐

 

RAID 1

미러링 : 복사본을 만드는 방식 

데이터를 쓸 때 원본과 복사본 두군데에 씀(느린 쓰기 속도)

장점 : 백업 북구가 정말 쉽다

단점 : 하드 디스크 개수가 한정되었을 때 사용 가능한 용량이 적어짐

         복사본이 만들어지는 만큼 용량 사용불가 -> 많은 하드 필요 -> 비용증가

RAID 4

RAID 1 처럼 완전한 복사본을 만드는 대신 패리티 비트를 저장

패리티 비트를 저장한 장치를 이용해 다른 장치들의 요류를 검출하고 오류가 있다면 복구

하드디스크 하나에 오류검출 디스크를 만들어 RAID 1보다 적은 하드디스크로도 데이터를 안전하게 보관가능

단점 : 패리티 디스크의 병목현상

          데이터를 쓸때마다 패리티 비트에 저장해야하기 때문에 병목현상이 생김

 

 

RAID 5

패리티 정보를 분산하여 저장하는 방식으로 병목현상을 해소한 방식.

 

RAID 6

서로 다른 두 개의 패리티를 사용하여 데이터의 신뢰성을 높인 방식.

RAID 5보다 더 안전하지만 쓰기는 RAID 5보다 느리다.

RAID

각 레벨마다 장단점이 있음

어떤 상황에서 무엇을 최우선으로 원하는지에 따라 최적화된 RAID은 달라질 수 있음

각 RAID 레벨의 대략적인 구성과 특징을 아는 것이 중요하다.