하드디스크와 플래시 메모리에 대하여

 "혼자 공부하는 컴퓨터구조와 운영체제" 책을 정독 후 정리한 지식들을 남겨놓고자 글을 쓴다.

 

아래는 북링크이다.

[한빛미디어] 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제 (hanbit.co.kr)

[한빛미디어] 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제

하드디스크

• 자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 방식
• 플래터에 데이터가 저장된다.
  • 플래터는 자기 물질로 덮여 있어서 수많은 N극과 S극을 저장한다
    • 이는 곧 0과 1을 상징한다.
• 플래터를 회전시키는 구성 요소를 스핀들이라 한다.
  • 플래터를 돌리는 속도 : RPM (Revolution Per Minute)
• 헤드는 디스크 암에 달려있다.
• CD나 LP에 비해 훨씬 더 많은 양의 데이터를 저장해야 하므로 여러 겹의 플래터로 이루어져 있다.
• 플래터 양면을 모두 사용할 수 있다.
  • 양면 플래터를 쓰면 위아래로 2개의 헤드를 사용한다.
• 플래터는 여러 트랙으로 이루어져 있고, 섹터는 그 트랙을 여러 피자 조각으로 나눈 것 중 한 조각을 의미한다.
• 섹터는 하드 디스크의 가장 작은 전송 단위이다.
  • 일반적으로 섹터는 512바이트이고, 4096바이트 인 하드디스크도 있다.
• 여러 겹의 플래터 상에서 같은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 원통 모양의 논리적 단위를 "실린더"라고 한다.
• 연속된 정보는 한 실린더에 기록한다.
  • 디스크 암을 움직이지 않고도 바로 데이터에 접근할 수 있기 때문이다.

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하드디스크가 데이터에 접근하는 시간

• 탐색시간 (Seek Time)
  • 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간
• 회전지연 (Rotational latency)
  • 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간을 의미한다.
• 전송시간 (Transfer Time)
  • HDD와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간
• 단일 헤드 디스크와 다중 헤드 디스크가 존재한다.
  • 다중 헤드 디스크는 트랙마다 헤드가 있기 때문에 탐색시간 = 0이다.

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플래시 메모리

• NAND 플래시 메모리와 NOR 플래시 메모리가 존재한다.
• 대용량 저장 장치로 NAND 플래시 메모리를 많이 사용한다.
• 전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장 장치이다.
• Cell 이라는 단위가 있다.
  • 셀이 모이고 모여 MB, GB, TB 용량을 갖는 저장 장치가 된다.
• 이 하나의 셀에 몇 비트를 저장할 수 있느냐에 따라 플래시 메모리 종류가 나뉜다.
• 1비트를 저장할 수 있으면 SLC (Single Level Cell) 타입
• 2비트를 저장할 수 있으면 MLC (Multiple Level Cell) 타입
• 3비트를 저장할 수 있으면 TLC (Triple Level Cell) 타입
• ==> 플래시 메모리의 수명, 속도, 가격에 큰 영향을 미친다.

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SLC 타입 (Single Level Cell)

• 한 셀로 2개의 정보를 표현할 수 있다. (0, 1)
• 비트의 빠른 입출력이 가능하다.
• 수명도 MLC나 TLC 타입보다 길다.
• 하지만 용량 대비 가격이 높다.

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MLC 타입 (Multiple Level Cell)

• 한 셀로 4개의 정보를 표현할 수 있다.
• 용량 대비 가격 저렴

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 TLC 타입 (Triple Level Cell)

• 한 셀로 8개의 정보를 표현할 수 있다.
• 대용화에 유리
• 수명이 짧고, 속도도 느리다. 하지만 용량 대비 가격은 저렴하다.

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페이지 / 블록 / 플레인 / 다이

• 이러한 셀들이 모여 만들어진 단위가 Page이다.
• Page가 모여 만들어진 단위가 Block이다.
• Block이 모여 만들어진 단위가 Plane이다.
• Plane이 모여 만들어진 단위가 Die이다.

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데이터의 읽기/쓰기와 삭제

• 플래시 메모리에서 읽기와 쓰기는 페이지 단위로 이루어진다.
• 하지만 삭제는 블록 단위로 이루어진다.
• 페이지는 3가지의 상태를 가질 수 있다.
  • Free : 어떠한 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 data를 저장할 수 있는 상태
  • Valid : 이미 유효한 data를 저장하고 있는 상태
  • Invalid : 쓰레기값이라 부르는 유효하지 않은 data를 저장하고 있는 상태
• 플래시 메모리는 HDD와 달리 덮어쓰기가 불가능하여 Valid 상태인 Page에서는 새 data를 저장할 수 없다.
• 기존에 A라는 데이터를 B로 수정하려면, A가 속해있는 페이지를 Invalid 처리하고, 다른 Free state의 페이지에 B를 넣는다.
• 허나 기존의 A 값은 어쨌든 페이지 하나를 먹고 있는 상태이기 때문에 상당히 비효율적인 메모리 차지를 하고 있다.
• ==> 최근 SSD를 비롯한 플래시 메모리는 가비지 컬렉션 (Garbage Collection) 기능을 제공한다.
  • 기존의 Valid Page들을 다른 블록에 복사한다.
  • 기존의 블록을 삭제한다.