하드 디스크
하드 디스크
: 자기적인 방식으로 데이터를 저장
플래터 → 트랙(동심원) → 섹터(기본 저장 단위)
: 하나의 사이 섹터를 묶어 블록이라고 표현하기도 한다.
- 트랙: 플래터에 있는 여러 동심원
- 섹터(512B 또는 4096B): 데이터의 최소 기록 단위
- 클러스터: 여러 섹터를 묶은 단위(Windows 파일 시스템 단위)
- 실린더: 여러 겹의 플래터상에서 같은 트랙이 위치한 곳을 모두 연결한 논리적 단위
하드 디스크의 데이터 접근 과정
하드 디스크에 저장된 데이터에 접근하는 시간
-
탐색 시간(seek time)
- 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간
- 액추에이터 암이 원하는 트랙으로 이동하는 시간
- HDD 동작 중 가장 느린 부분
-
회전 지연(rotational latency)
- 헤드가 있는 곳으로 플래터를 회전시키는 시간
- 원하는 데이터가 헤드 아래로 돌아오기까지 기다리는 시간
-
전송 시간(transfer time)
- 하드 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 시간
- 실제 데이터가 헤드 → 컨트롤러로 전송되는 시간
하드 디스크는 회전하는 플래터에 자기를 기록하는 기계식 저장 장치이며, 저렴하고 대용량이지만 속도와 내구성 면에서는 SSD에 크게 뒤진다.
플래시 메모리
: 전기적으로 데이터를 읽고 쓰는 반도체 기반 저장 장치
- NAND 플래시 메모리
- NOR 플래시 메모리
셀
- 플래시 메모리에 데이터를 저장하는 가장 작은 단위
- 이 셀이 모이고 모여 MB, GB, TB 저장 장치가 된다.
| 종류 | 1셀에 저장되는 비트 수 | 특징 |
|---|---|---|
| SLC | 1bit | 가장 빠르고, 가장 안정적, 가장 비쌈 |
| MLC | 2bit | 속도·수명·가격이 균형 잡힘 |
| TLC | 3bit | 가장 싸고, 많이 쓰임, 수명 가장 짧음 |
| QLC | 4bit | 매우 싸고 용량 큼, 수명 짧음(보급 중) |
- 비트가 늘수록 → 셀당 정보량 증가 → 용량↑ 가격↓ → 하지만 수명·속도↓
- SSD에 들어가는 NAND 플래시 메모리의 종류를 뜻한다.
SLC(Single Level Cell) — 1bit
- 세 가지 중 가장 고급
- 속도가 빠르다(전압 구분이 단순)
- 수명이 길다(P/E 수명 5~10만 회)
- 산업용 SSD, 서버, 캐시용 저장 장치에서 사용
- 가격이 매우 비쌈 → 일반 소비자용에서 거의 사라짐
MLC(Multi Level Cell) — 2bit
- 속도/수명/가격의 균형점
- P/E 수명 약 3,000~10,000회
- 고급 소비자 SSD에 사용되곤 했음
- 요즘은 TLC가 대세라 거의 찾기 어려움
TLC(Triple Level Cell) — 3bit
- 일반 소비자 SSD 대부분이 TLC
- P/E 수명 1,000~3,000회
- 가격이 저렴하고, 속도는 SLC/MLC보다 느리지만 충분히 빠름
- 대량 생산에 유리
- 대부분의 1TB/2TB 외장 SSD도 TLC
가비지 컬렉션
: SSD가 오래된 데이터·삭제된 데이터 조각을 정리하고 빈 공간을 확보하는 과정입니다.
- 필요한 이유
: SSD가 사용하는 NAND 플래시 메모리는 덮어쓰기(overwrite)가 직접 불가능합니다. 그래서 불필요한 섹터를 삭제해야 다시 쓸 수 있는데, “페이지” 단위가 아니라 “블록” 단위로만 삭제가 가능하다.
그래서 가비지 컬렉션이라는 자동 정리 시스템을 사용하는 것이다.
→ Page(페이지): 읽기/쓰기 단위
→ Block(블록): 삭제 단위
-
유효한 페이지들만 새로운 블록으로 복사
-
기존의 블록을 삭제
가비지 컬렉션 과정
ex)
| Page | 상태 |
|---|---|
| P1 | 유효 |
| P2 | 삭제됨(무효) |
| P3 | 삭제됨(무효) |
| P4 | 유효 |
-
1단계: 유효 데이터만 새 블록으로 옮김(Copy)
- P1과 P4 같은 “살아 있는 데이터”만 다른 빈 블록에 복사
-
2단계: 원래 블록(Block) 전체를 Erase
- 삭제는 페이지 단위가 아니라 블록 단위이므로 블록 전체를 한 번에 지움
-
3단계: 이 블록은 다시 “빈 공간”으로 등록
가비지 컬렉션의 용도
① SSD 쓰기 속도 유지
기존 블록이 정리되지 않으면 쓰기 작업이 느려짐
(TLC/QLC는 특히 심함)
② SLC 캐싱 유지
비워진 공간이 없으면 SLC 캐시도 못 씀 → 성능 저하
③ 수명 연장
블록을 중복해서 지우는 일을 줄임
→ 셀 수명(P/E Cycle) 보호
④ Wear Leveling과 협력
SSD 셀 전체에 균일하게 사용량을 분배하는 기술과 함께 동작
RAID
- 하드 디스크와 SSD에 사용하는 기술
- 데이터의 안전성 혹은 높은 성능을 위해 여러 물리적 보조 기억 장치를 마치 하나의 논리적 보조 기억 장치처럼 사용하는 기술
RAID 레벨
- RAID를 구성하는 기술
- RAID 0, RAID 1, RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 5, RAID 6
RAID 0(스트라이핑: 속도↑, 안정성 없음)
- 각 하드 디스크는 번갈아 가며 데이터를 저장한다.
- 저장되는 데이터가 하드 디스크 개수만큼 저장
- 모든 디스크에 데이터를 나누어 동시에 기록
- 읽기/쓰기 속도가 매우 빠름
- 하지만 디스크 1개라도 고장 나면 전체 데이터 손실
→ 스트라이프(stripe): 마치 줄무늬처럼 분산되어 저장된 데이터
→ 스트라이핑(striping): 분산하여 저장하는 것
RAID 1 미러링(안정성↑, 용량↓)
- 미러링: 복사본을 만드는 방식
- 데이터를 쓸 때 원본과 복사본 두 군데에 씀
적합: 중요한 데이터, 서버 운영
특징: 읽기 속도는 조금 향상, 쓰기는 동일
RAID 4 최소 3개 디스크, 패리티로 보호(안정성+속도 균형)
- RAID 1처럼 완전한 복사본을 만드는 대신 패리티 비트를 저장
- 패리티를 저장한 장치를 이용해 다른 장치들의 오류를 검출하고, 오류가 있다면 복구
단점: 패리티 디스크의 병목
RAID 5
- 패리티를 분산해서 저장하는 방식
장점
- 속도 증가
- 디스크 하나가 고장 나도 사용 가능
- RAID 1보다 저장 효율이 높음
단점
- 복구(재빌드) 시간이 오래 걸림
- SSD에서는 비효율적(쓰기 패널티)
적합: 서버, NAS 등
RAID 6
-
두 종류의 패리티(오류를 검출하고 복구할 수 있는 수단)
- RAID 5에서 패리티를 하나 더 추가 → 패리티 2개
-
디스크 2개까지 고장 나도 데이터 유지
장점: 매우 안정적
단점: 속도·효율이 RAID 5보다 떨어짐
결론
- 각 RAID 레벨마다 장단점이 있다.
- 상황에 따라 레벨을 달리할 수 있다.
정리
-
하드 디스크(HDD)는 회전하는 플래터에 자성을 기록하는 기계식 저장 장치로, 트랙·섹터 같은 구조를 가지고 있으며 데이터 접근 시 헤드 이동(탐색 시간)과 회전 지연 때문에 속도가 느리다. 반면 SSD는 NAND 플래시 기반으로 전기적으로 데이터를 읽고 쓰며, SLC·MLC·TLC·QLC처럼 셀당 비트 수에 따라 속도·수명·가격이 달라진다. SSD는 덮어쓰기가 불가능해 가비지 컬렉션을 통해 오래된 데이터를 정리하고 블록을 비워 쓰기 속도를 유지하며, Wear Leveling으로 셀의 수명을 균일하게 유지한다.
-
RAID는 여러 저장 장치를 묶어 성능 또는 안정성을 높이는 기술로, RAID 0은 스트라이핑으로 속도는 빠르지만 안정성은 없고, RAID 1은 미러링으로 안정성이 높지만 용량 효율이 낮다. RAID 5는 패리티를 분산 저장해 속도·안정성·효율을 균형 있게 제공하고, RAID 6은 패리티 2개로 안정성이 가장 높지만 성능과 효율은 떨어진다. 용도에 따라 속도, 용량 효율, 안정성 요구에 맞는 RAID 레벨을 선택한다.
참고
