[컴퓨터구조] 보조기억장치의 정의와 종류 (하드 디스크, 플래시 메모리)

보조기억장치

전원이 꺼져도 저장된 내용을 잃지 않는(비휘발성) 메모리를 보조할 저장장치를 말한다.

메모리보다 크기가 크고 저장 용량 대비 비용이 저렴하여 대규모 데이터 저장에 적합하다.

주기억장치에 비해 읽기/쓰기 속도가 느리며 CPU가 직접 접근하지 않고, 입출력 장치(I/O)를 통해 데이터를 교환한다.

보조기억장치에는 수명이 있다.

 

 

1. 하드 디스크 (HDD, 자기 디스크)

자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조기억장치를 말한다.

여러 겹의 플래터로 이루어져 있으며 플래터 양면을 모두 사용 가능하다.

 

1.1 구성

• 플래터: 실질적으로 데이터가 저장되는 곳, 동그란 원판 모양 부품
  • 자기 물질로 덮여있어 수많은 N극과 S극을 저장 (N극과 S극은 0과 1의 역할을 수행)
  • 트랙과 섹터라는 단위로 데이터를 저장
    • 트랙: 플래터를 여러 동심원으로 나누었을 때 그 중 하나의 원을 뜻함
    • 섹터: 하드 디스크의 가장 작은 전송 단위, 트랙을 피자처럼 여러 조각으로 나눴을 때의 한 조각
    • 실린더: 여러 겹의 플래터 상에서 같은 트랙이 위치한 곳을 모아 연결한 논리적인 단위
    • 한 플레터를 동심원으로 나눈 공간은 트랙, 같은 트랙끼리 연결한 원통 모양의 공간은 실린더
• 스핀들: 플래터를 회전시키는 요소
  • 돌리는 속도: RPM(분당 회전수) 단위
• 헤드: 플래터를 대상으로 데이터를 읽고 쓰는 요소, 바늘 모양 부품

하드 디스크의 구성

 

1.2 하드 디스크가 저장된 데이터에 접근하는 시간

• 탐색 시간: 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간
• 회전 지연: 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간
• 전송 시간: 하드디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간

 

 

2. 플래시 메모리

전기적으로 데이터를 읽고 쓸 수 있는 반도체 기반의 저장 장치를 말한다. (ex. USB 메모리, SD 카드, SSD)

다양한 곳(ROM, 거의 모든 전자제품 안)에 플래시 메모리가 있다.

 

2.1 단위

• 셀: 플래시 메모리에서 데이터를 저장하는 가장 작은 단위
• 페이지: 셀들이 모여 만들어진 단위
  • 상태
    • Free 상태: 어떠한 데이터도 저장하고 있지 않아 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태 를 의미합니다.
    • Valid 상태: 이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태
    • Invalid 상태: 쓰레기 값이라 부르는 유효하지 않은 데이터를 저장하고 있는 상태
• 블록: 페이지가 모여 만들어진 단위
• 플레인: 블록이 모여 만들어진 단위
• 다이: 플레인이 모여 만들어진 단위

플래시 메모리 단위

 

2.2 종류

• SLC 타입: 한 셀에 1비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
  • 0과 1, 2개의 정보 표현 가능
  • 비트의 빠른 입출력이 가능하여 고성능이고 수명이 길지만 가격이 높음
• MLC 타입: 한 셀에 2비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
  • 00과 01 그리고 10과 11, 4개의 정보 표현 가능
• TLC 타입: 한 셀에 3비트를 저장할 수 있는 플래시 메모리
  • 000과 001 그리고 010과 011, 100과 101 그리고 110과 111, 8개의 정보 표현 가능
  • 읽기/쓰기 속도가 느리고 수명이 짧으며 가격이 낮아 대용량 가능

플래시 메모리의 종류 *출처: 삼성전자 반도체

 

2.3 데이터 관리

• 읽기와 쓰기: 페이지 단위
• 삭제: 블록 단위

 

2.4 가비지 컬렉션 기능

플래시 메모리는 덮어쓰기가 불가능하여 Valid 상태인 페이지에는 새 데이터를 저장할 수 없고 블록 단위로 삭제되기 때문에 한 블럭 내에 Invalid 상태인 페이지와 Valid 상태인 페이지가 함께 삭제된다.

→ 이러한 Invalid 상태의 페이지를 정리하기 위해 가비지 컬렉션은 유효한 페이지들만 새로운 블록으로 복사한 후 기존 블록을 삭제하는 기능이다.

가비지 컬렉션 과정