하드디스크(자기 디스크)
- 자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조기억장치
- 플래터라는 동그란 원판에 데이터가 저장된다.
- N극과 S극을 저장하는데 이는 0과 1의 역할을 수행한다.
내부 구조
- 스핀들 : 플래터를 회전시키는 구성 요소
- RPM : 스핀들이 플래터를 돌리는 분당 회전수 단위
- 헤드 : 플래터를 대상으로 데이터를 읽고 쓰는 구성 요소
- 디스크 암 : 헤드를 원하는 위치로 이동시키는 장치
- 트랙 : 플래터를 여러 동심원으로 나눴을 때 그 중 하나의 원
- 섹터 : 트랙의 한 조각
- 블록 : 하나 이상의 섹터를 묶은 것
- 실린더 : 여러 겹의 플래터 상에서 같은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 논리적 단위
- 데이터는 하드디스크의 섹터, 트랙, 실린더에 저장된다.
저장된 데이터에 접근하는 과정
- 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
참고
L1 캐시 참조 시간 : 0.5ns
L2 캐시 참조 시간 : 5ns
메모리 참조 시간 : 7ns
메모리에서 1MB 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
단일 헤드 디스크(이동 헤드 디스크)
다중 헤드 디스크(고정 헤드 디스크) : 탐색 시간 : 0플래시 메모리
- USB, SD 카드, SSD, ROM
- NAND 플래시 메모리(NAND 연산) : 대용량 저장 장치로 많이 사용
- NOR 플래시 메모리(NOR 연산)
셀
셀 : 플래시 메모리에 데이터를 저장하는 가장 작은 단위
SLC : 한 셀에 1비트
MLC : 한 셀에 2비트
TLC : 한 셀에 3비트
수명, 가격, 빠른 입출력 SLC > MLC > TLC
페이지 : 셀들이 모여 만들어진 단위
블록 : 페이지가 모여 만들어진 단위
플레인 : 블록이 모여 만들어진 단위
다이 : 플레인이 모여 만들어진 단위
플래시 메모리에서 읽기와 쓰기는 페이지 단위로 이루어진다.
삭제는 페이지보다 큰 블록 단위로 이루어지기에 읽기/쓰기 단위와 삭제 단위가 다른것이 플래시 메모리의 가장 큰 특징이다.
페이지의 세 가지 상태
Free 상태 : 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태
Valid 상태 : 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태
Invalid 상태 : 유효하지 않은 데이터를 저장하고 있는 상태
덮어 쓰기가 불가능하여 Valid상태인 페이지에서 데이터 저장이 불가능하다.
저장을 할 때는 페이지 단위로 저장하는데 이전에 있는 값을 수정하고 싶다면
- 새로운 값을 다음 페이지에 Valid상태로 저장한다.
- 이전 값이 들어있는 페이지를 Invalid 상태로 바꾼다.
이 때, 삭제를 안하고 Invalid상태를 계속 놔두면 용량 낭비이기에 가비지 컬랙션이라는 기능을 사용하여 쓰레기 값을 정리한다. - 유효한 페이지만 새로운 블록에 복사한다.
- 기존 블록을 삭제한다.
RAID
- 데이터의 안정성과 높은 성능을 위해 여러 개의 물리적 보조기억장치를 하나의 논리적 보조기억장치처럼 사용하는 기술
RAID 구성 방법(RAID 레벨)
RAID 0, RAID 1, RAID 2... RAID 6, RAID 10, RAID 50 등
RAID 0
- 여러 개의 보조 기억장치에 데이터를 단순히 나누어 저장하는 구성 방식
- 줄무늬처럼 분산되어 저장된 데이터를 스트라입이라 한다.
- 분산하여 저장하는 것을 트라이핑이라 한다.
- 장점 : 데이터를 읽고 쓰는 속도가 빨라진다.
- 단점 : 하드디스크가 하나라도 망가지면 사용 불가능(안정성 문제)
RAID 1
- 복사본을 만드는 방식
- 미러링이라고도 부른다.
- 장점 : 백업 디스크가 있기에 RAID 0 보다 안전하고 복구가 간단하다.
- 단점 : 디스크 개수가 한정되었을 때 사용가능 용량이 적어진다.
RAID 4
- RAID 1처럼 완전한 복사본 대신 오류를 검출하고 복구하기 위한 정보를 저장한 장치를 두는 구성방식
- 오류 검출하고 복구 위한 정보를 패리티 비트라고 한다.
- 장점 : RAID 1보다 적은 하드 디스크로 데이터를 안전하게 보관 가능하다.
- 단점 : 새로운 데이터가 저장될 때마다 패리티 저장하는 디스크에 데이터를 쓰다보니 패리티 저장장치에 병목 현상이 발생
RAID 5
- 패리티 정보를 분산 저장하여 병목현상 해소
RAID 6
- 서로 다른 두개의 패리티를 두는 방식
- 장점 : RAID 4나 5보다 더 안전하다.
- 단점 : 함께 저장할 패리티가 두 개이므로 쓰기 속도가 RAID 5보다 느리다.
참고) 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제
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