[컴퓨터 구조] 보조기억장치(하드 디스크, 플래시 메모리)

하드 디스크 드라이브(HDD)

컴퓨터의 핵심 저장 장치이다. 요즘은 SSD로 대체되고 있는 추세이다.

1. HDD 주요 구성 요소

• 플래터 (Platter):
  • 데이터 저장 매체인 자기 디스크.
  • 다수 플래터 적층 구조, 양면 데이터 저장.
• 스핀들 (Spindle):
  • 플래터 고속 회전 담당 모터.
  • RPM(분당 회전수)으로 속도 표기, 높을수록 데이터 접근 속도 향상.
• 헤드 (Head):
  • 플래터 표면 데이터 읽기/쓰기 수행.
  • 플래터 양면에 각 1개 배치, 플래터와 비접촉 상태 유지.
• 디스크 암 (Disk Arm):
  • 헤드 목표 위치 이동 담당.
  • 액추에이터 작동, 정밀 이동으로 빠른 데이터 접근.
• 트랙 (Track):
  • 플래터 표면 데이터 저장용 동심원.
  • 각 트랙은 다수 섹터로 분할.
• 섹터 (Sector):
  • 트랙 따라 데이터 저장 최소 단위.
  • 일반적으로 512 또는 4096바이트 크기.
• 실린더 (Cylinder):
  • 다수 플래터 동일 위치 트랙 수직 연결 가상 원통.
  • 실린더 단위 데이터 관리, 접근 시간 단축.

[출처] https://partial02.github.io/computerarchitecture/ca4/

 

2. 데이터 접근 시간

• 탐색 시간 (Seek Time):
  • 디스크 암 목표 트랙 이동 시간.
• 회전 지연 (Rotational Latency):
  • 헤드 목표 섹터 도달 위한 플래터 회전 시간.
• 전송 시간 (Transfer Time):
  • 목표 섹터 데이터 읽기/쓰기 소요 시간.

3. 헤드 방식 분류

• 고정 헤드 디스크 (Fixed-Head Disk):
  • 트랙별 전용 읽기/쓰기 헤드 배치, 헤드 이동 불필요.
  • 데이터 접근 속도 매우 빠름.
  • 구조 복잡, 비용 고가.
  • 저장 용량 효율 낮음.
• 이동 헤드 디스크 (Movable-Head Disk):
  • 단일 읽기/쓰기 헤드, 디스크 암 통해 다수 트랙 이동.
  • 고정 헤드 대비 데이터 접근 속도 느림.
  • 구조 비교적 단순, 비용 저렴.
  • 저장 용량 효율 높음. (현 대부분 HDD 방식)

4. 헤드 개수 분류

• 단일 헤드 디스크:
  • 플래터 한쪽 면 헤드 배치.
  • 현재 거의 사용되지 않음.
• 다중 헤드 디스크:
  • 플래터 양면 헤드 배치.
  • 현재 대부분 HDD 방식.

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플래시 메모리

대표적인 플래시 메모리는 SSD와 USB가 있다.

1. 플래시 메모리 핵심 요소

• 셀 (Cell):
  • 플래시 메모리 데이터 저장 최소 단위.
  • 저장 비트 수 따라 SLC, MLC, TLC 등으로 분류.
• SLC (Single-Level Cell):
  • 셀 하나에 1비트 저장.
  • 속도 빠르고 수명 길지만, 가격 고가.
• MLC (Multi-Level Cell):
  • 셀 하나에 2비트 저장.
  • SLC 대비 용량 크고 저렴, 속도/수명은 짧음.
• TLC (Triple-Level Cell):
  • 셀 하나에 3비트 저장.
  • MLC 대비 용량 크고 저렴, 속도/수명은 더 짧음.
• 페이지 (Page):
  • 데이터 읽기/쓰기 최소 단위.
  • 다수 셀 모여 구성.
• 블록 (Block):
  • 데이터 삭제 최소 단위.
  • 다수 페이지 모여 구성.
• 플레인 (Plane):
  • 블록들 모여 구성.
• 다이 (Die):
  • 플레인들 모여 구성.

[출처] https://partial02.github.io/computerarchitecture/ca4/

 

2. 페이지 상태 및 가비지 컬렉션

• 페이지 상태:
  • free (빈 상태), valid (유효 데이터), invalid (유효하지 않은 데이터)로 구분.
• 가비지 컬렉션 (Garbage Collection):
  • 플래시 메모리 성능/수명 유지 필수 작업.
  • invalid 데이터 페이지 정리, 빈 공간 확보.
  • 플래시 메모리 덮어쓰기 불가, 데이터 수정 시 기존 데이터 invalid 처리, 새 데이터 다른 페이지에 저장.
  • invalid 데이터 축적 방지 및 성능 유지를 위해 필수적.