[ 컴퓨터구조 ] 보조기억장치

1. 다양한 보조기억장치

 

1.1 하드디스크

 

하드디스크는 자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조기억장치이다.

그러기에 자기 디스크의 일종으로 지칭하기도한다. 

 

하드디스크는 CD와 비슷하게 생긴 동그란 원판에 데이터를 저장한다.  이를 플래터(platter)라고 한다.

플래터는 자기 물질로 덮여있어 수많은 0과 1의 역할을 하는 N극과 S극을 저장한다.

이는 양면다 사용가능하고 여러개가 붙어있는 상태이다. 

이 플래터를 회전시키는 구성요소를 스핀들(spindle)이라고 한다. 

스핀들이 플래터를 돌리는 속도는 분당 회전수를 나타내는 RPM이라는 단위로 표현된다. 

이런 플러터의 데이터를 읽는 구성요소는 헤드(head)이다. 

이런 헤드를 이동시키는 것은 디스크 암(disk arm)이다.

플래터의 한 면당 헤드가 달려있는 하드디스크를 단일 헤드 디스크라고 부른다. 이동 헤드 디스크라고도 한다.

반면 트랙별로 헤드가 여러개 달려있는 하드디스크를 다중 헤드 디스크라고 부른다. 고정 헤드 디스크라고도 한다. 

 

플래터는 트랙(track)과 섹터(sector)라는 단위를 가지고 있다. 

트랙은 하나의 동심원의 단위이고, 섹터는 트랙의 조각으로 디스크의 가장 작은 전송 단위이다. 

또 여러겹의 플래터에서 같은 트랙이 위치하는 곳을 모아 실린더(sylinder)라고 부른다.

 

하드디스트가 저장된 데이터에 접근하는 시간은 다음과같이 세가지가 있다. 

• 탐색시간(seek time) : 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 해드를 이동시키는 시간
• 회전지연(rotational time) : 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간
• 전송시간(transfer time) : 하드디스크와 컴퓨터간의 데이터를 전송하는 시간

 

 

1.2 플래시 메모리

 

우리가 흔히 사용하는 USB, SD카드, SSD들은 모두 플래시 메모리 기반의 보조기억장치이다. 

플래시 메모리는 전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장장치이다. 

플래시 메모리에는 연산을 수행하는 회로에 따라 크게 NAND 플래시 메모리와 NOR 플래시 메모리가 있다. 

 

플래시 메모리는 데이터를 저장하는 가장 작은 단위인 셀(cell)이라는 단위가 있다. 

한 셀에 몇 비트를 저장할 수 있느냐에 따라 메모리 종류가 나뉜다. 

 

구분	SLC	MLC	TLC
셀당 bit	1bit	2bit	3bit
읽기/쓰기 속도	빠르다	보통	느리다
수명	길다	보통	짧다
용량 대비 가격	높다	보통	낮다

 

셀들이 모여서 만들어진 단위를 페이지, 페이지가 보여서 만들어진 단위를 블록,

블록이 모여서 플레인, 플레인이 보여서 다이가 된다. 

 

플래시 메모리에서 읽기와 쓰기는 페이지 단위로 이루어지고 삭제는 블록단위로 이루어진다. 

페이지는 어떤 데이터도 저장하고 있지 않은 Free상태, 유효한 데이터를 저장할 수 있는 Valid상태, 유효하지 않은 값을 저장하고 있는 Invalid상태를 가질 수 있다. 

 

A	B
C

이 상태에서 A를 수정하고 싶어도 A만 삭제할 수는 없다.

따라서 수정한 A'를 추가하고 원래 있던 A를 Invalid상태로 바꿔야한다.

그러고 유효한 페이지들만 새로운 블록으로 복사하고 원래의 블록을 삭제해줘야한다.

이를 가비지 컬렉션이라고 한다. 

 

 

2. RAID의 정의와 종류

 

2.1 RAID의 정의

 

보조기억장치에도 수명이 있기 때문에 중요한 정보를 저장할 때 조심해야한다. 

이에 대한 해결 방안으로는 RAID가 있다.

데이터의 안전성 혹은 높은 성능을 위해 여러개의 보조기억장치를 마치 하나의 보호기억 장치처럼 사용하는 기술이다. 

 

2.2 RAID의 종류

 

RAID은 구성방법에 따라 RAID레벨이 나누어져있다.

 

RAID0

이 방법은 여러 개의 보조기억 장치에 데이터를 단순히 나누어 저장하는 방식이다. 

예를들면 1TB인 하드디스크 여러개에 하나의 데이터를 나눠서 저장하는 것이다.

이는 마치 줄무늬처럼 저장된 데이터를 스트라입이라고 하고, 스트라이핑했다고 한다. 

여러개를 동시에 읽을 수 있어 하나에 저장하는 것 보다 매우 빠르다.

하지만 하나의 하드디스크라도 고장나면 모든 정보가 망가지는 문제가 생길 수도 있다는 단점이 있다. 

RAID1

이는 정보가 망가지는 것을 방지하기 위해 복사본을 만드는 방식으로 미러링이라고도 한다. 

복사본을 만들기 위해 데이터를 쓸 때 두개씩 써야하므로 속도가 느리다. 

또, 두개씩 만들어야해서 원래 용량의 절반밖에 못쓴다. 

RAID4

이 방법은 복사본을 만드는 대신 오류를 검출하고 복구하기 위한 정보인 패리티비트를 저장한 장치를 두는 방식이다. 

RAID5

이 방법은 패리티 비트도 각 디스크에 분산하여 저장하는 방식이다

RAID6

기본적으로 RAD5와 비슷하지만 패리티 비트를 두개 두는 것이다.

패리티 비트가 망가져도 안전하겠지만 패리티 비트를 두개 만들어야 하므로 RAD5보다는 느리다.