[컴퓨터 구조] 다양한 보조기억장치

하드 디스크

컴퓨터에서 데이터를 저장하고 접근하는 데 사용되는 중요한 저장 장치입니다.
하드 디스크의 동작 원리를 이해하기 위해 다음과 같은 개념들을 살펴보겠습니다.

플래터

하드 디스크의 원형 디스크로, 데이터가 기록되고 읽혀지는 곳입니다. 하드 디스크에는 여러 개의 플래터가 쌓여 있을 수 있으며, 각 플래터는 독립적으로 회전합니다.

• 트랙
  원주에 나 있는 원형 경로로, 데이터가 기록되는 단위입니다. 트랙은 원주를 여러 개의 섹터로 나누어 관리됩니다.

• 섹터
  하드 디스크의 가장 작은 데이터 단위로, 일반적으로 512바이트 또는 4KB 크기를 갖습니다. 데이터는 섹터 단위로 디스크에 기록되고 읽혀집니다.

• 실린더
  다수의 플래터가 쌓인 것처럼, 하드 디스크는 여러 개의 실린더로 나누어져 있습니다. 실린더는 플래터의 동일한 위치를 수직으로 연결한 것입니다.

스핀들

하드 디스크의 플래터를 회전시키는 원판 형태의 부품입니다. 스핀들의 속도는 하드 디스크의 성능에 영향을 미치며, 높은 속도는 빠른 데이터 접근을 가능하게 합니다.

헤드

데이터를 읽거나 기록하는 역할을 합니다. 헤드는 여러 종류로 나뉘는데, 주로 다음과 같이 구분됩니다.

• 단일 헤드 디스크
  하나의 헤드로 데이터를 읽고 쓰는 방식입니다.

• 다중 헤드 디스크
  여러 개의 헤드로 데이터를 동시에 읽고 쓸 수 있는 방식입니다. 다중 헤드 디스크는 성능 향상을 위해 사용됩니다.

디스크 암

헤드를 이동시키는 역할을 합니다. 디스크 암을 이용하여 특정 트랙으로 이동하여 데이터에 빠르게 접근할 수 있습니다.

데이터 접근 시간

데이터 접근 시간은 하드 디스크에서 데이터를 읽거나 쓸 때 걸리는 시간을 나타냅니다. 다음과 같이 세 가지 주요 요소로 구성됩니다.

• 탐색 시간
  디스크 암이 특정 트랙으로 이동하는 데 걸리는 시간입니다.

• 회전 지연
  원하는 섹터가 디스크 헤드 아래로 회전하는 데 걸리는 시간입니다.

• 전송 시간
  섹터의 데이터를 읽거나 쓰는 데 걸리는 시간입니다.

플래시 메모리

하드 디스크와는 다른 종류의 저장 장치로, 주로 소형 전자 기기와 SSDs (Solid State Drives) 에서 사용됩니다. 플래시 메모리의 동작 원리와 다양한 유형을 살펴보겠습니다.

셀

플래시 메모리는 셀이라고 불리는 작은 저장 단위로 나누어집니다. 주요 플래시 메모리 셀 유형에는 다음과 같은 것들이 있습니다.

• SLC (Single-Level Cell)
  각 셀이 하나의 비트를 저장하는 가장 빠르고 내구성이 높은 유형입니다.

• MLC (Multi-Level Cell)
  각 셀이 여러 비트를 저장하는 유형으로, 더 높은 용량을 제공하지만 SLC보다 느립니다.

• TLC (Triple-Level Cell)
  각 셀이 세 비트를 저장하는 유형으로, 더 높은 용량을 제공하지만 MLC보다 느립니다.

SLC, MLC, TLC 비교 표

셀 유형	속도	내구성	용량
SLC	빠름	높음	낮음
MLC	중간	중간	중간
TLC	느림	낮음	높음

페이지

플래시 메모리에서 데이터는 페이지(Page) 단위로 관리됩니다. 페이지는 작은 데이터 블록을 나타내며, 일반적으로 몇 십 바이트에서 몇 킬로바이트 크기가 될 수 있습니다. 페이지는 플래시 메모리에서 읽거나 쓸 수 있는 최소 단위입니다.

• Free 상태
  사용되지 않은 상태를 나타냅니다. Free 상태인 페이지는 데이터를 저장하거나 읽을 수 있는 상태가 아니며, 초기화되거나 기록할 수 있는 상태입니다.

• Valid 상태
  유효한 데이터가 저장되어 있는 상태를 나타냅니다. 이러한 페이지에는 실제 데이터가 저장되어 있으며, 읽거나 쓸 수 있는 상태입니다.

• Invalid 상태
  이전에 유효한 데이터가 저장되어 있었지만 더 이상 사용되지 않거나 삭제된 페이지입니다. Invalid 상태의 페이지는 읽거나 쓸 수 없는 상태를 나타냅니다.

블록

플래시 메모리에서 페이지들은 블록(Block)에 모여 있습니다. 블록은 페이지들의 집합이며, 주로 몇십 개에서 몇 백 개의 페이지로 구성됩니다. 블록은 플래시 메모리에서 데이터를 읽거나 쓸 수 있는 최소 단위로, 일반적으로 삭제 또는 초기화된 페이지들이 포함된 블록은 재사용될 때까지 사용하지 않습니다.

플레인

플래시 메모리는 여러 개의 플레인(Plane)을 포함하는 경우가 많습니다. 플레인은 독립적인 기록과 삭제 단위입니다. 각 플레인은 별도의 컨트롤러와 인터페이스를 갖고 있으며 병렬로 동작하여 전체적인 성능을 향상시킵니다.

다이

플래시 메모리는 다이(Die)라고 불리는 작은 칩으로 나뉘어집니다. 하나의 플래시 메모리 카드 또는 모듈에는 여러 개의 다이가 포함될 수 있으며, 다이마다 독립적인 메모리 셀을 가지고 있습니다. 다이는 데이터의 분산 저장과 병렬 처리를 가능하게 합니다.