혼공컴운_CH7-1_다양한 보조기억장치

💾 보조 기억 장치: 하드디스크와 플래시 메모리

전원이 연결되지 않아도 저장된 데이터를 유지하는 비휘발성 보조 기억 장치인 하드디스크 드라이브(HDD)와 플래시 메모리에 대한 내용을 정리했습니다.

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💿 하드디스크 드라이브 (HDD: Hard Disk Drive)

자기적인 방식으로 데이터를 저장하는 보조 기억 장치입니다.

저장 원리 및 구성

• 플래터(Platter): 실제 데이터가 자기적인 방식으로 저장되는 원반입니다. 여러 개가 겹쳐 사용되며 양면을 모두 사용합니다.
• 스핀들(Spindle): 플래터를 고속으로 회전시키는 축입니다.
• 헤드(Head): 플래터 표면과 아주 미세하게 떠 있는 채로 자기 물질을 읽거나 쓰는 역할을 하는 구성 요소입니다.
• 디스크 암(Disk Arm): 헤드를 플래터 위에서 원하는 트랙 위치로 움직여주는 요소입니다.

데이터 저장 단위

• 트랙(Track): 플래터의 중심을 둘러싼 동심원 형태의 저장 단위입니다.
• 섹터(Sector): 트랙을 부채꼴 모양으로 나눈 가장 작은 물리적 저장 단위입니다.
• 블록(Block): 하나 이상의 섹터를 묶어 표현하는 논리적인 저장 단위입니다.
• 실린더(Cylinder): 여러 개의 플래터에서 같은 위치에 있는 트랙들을 수직으로 모아 연결한 논리적인 단위입니다. 연속된 정보는 하나의 실린더에 기록됩니다.

데이터 접근 과정

하드디스크에서 데이터를 읽거나 쓰는 작업에 걸리는 세 가지 시간의 합입니다.

1. 탐색 시간 (Seek Time): 접근하려는 데이터가 저장된 트랙까지 헤드를 이동시키는 시간.
2. 회전 지연 (Rotational Latency): 원하는 섹터가 헤드 아래로 올 때까지 플래터가 회전하는 시간.
3. 전송 시간 (Transfer Time): 하드디스크와 컴퓨터 간에 실제 데이터를 주고받는 시간.

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⚡ 플래시 메모리 (Flash Memory)

전기적인 방식으로 데이터를 읽고 쓰는 반도체 기반의 저장 장치입니다. (SSD, USB, SD 카드 등)

종류

• NAND 플래시 메모리: 현재 대용량 저장 장치 (SSD 등)로 주로 사용됩니다.
• NOR 플래시 메모리: 주로 부팅 코드 저장 등 특수 목적에 사용됩니다.

셀당 저장 비트 수 (성능/가격/수명 결정 요소)

종류	비트 수 (Cell당)	정보 표현 수 ($2^n$)	속도	수명	가격
SLC (Single-Level Cell)	1비트	2개	가장 빠름	가장 김	고가
MLC (Multi-Level Cell)	2비트	4개	SLC보다 느림	SLC보다 짧음	중가
TLC (Triple-Level Cell)	3비트	8개	MLC보다 느림	MLC보다 짧음	저가
QLC (Quad-Level Cell)	4비트	16개	TLC보다 느림	TLC보다 짧음	최저가

플래시 메모리 저장 단위

• 셀 (Cell): 데이터를 저장하는 가장 작은 단위입니다.
• 페이지 (Page): 셀들이 모인 단위. 읽기/쓰기의 최소 단위입니다.
• 블록 (Block): 페이지들이 모인 단위. 삭제의 최소 단위입니다. (읽기/쓰기는 블록 단위로 불가능)

페이지의 상태

1. Free (자유): 새로운 데이터를 저장할 수 있는 상태.
2. Valid (유효): 이미 유효한 데이터를 저장하고 있는 상태.
3. Invalid (무효/쓰레기값): 유효하지 않은 데이터를 저장하고 있는 상태 (수정/삭제된 데이터의 잔여 값).

가비지 컬렉션 (Garbage Collection)

블록 단위로만 삭제가 가능하므로, Invalid 페이지가 쌓인 블록을 정리하는 과정입니다.

1. Invalid 페이지가 많은 블록을 선정합니다.
2. 해당 블록 내의 Valid 페이지들만 새로운 Free 블록으로 복사합니다.
3. 복사가 완료된 기존 블록은 전체 삭제되어 Free 블록이 됩니다.

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