[컴퓨터 구조] Chapter7. 보조기억장치

1. 자기디스크

= 하드디스크. 강자성체 물질이 코팅되어있어 자석에 가면 망가짐

• 단일 헤드 디스크 : 트랙을 찾아 디스크 팔이 왔다갔다함

  다중 헤드 디스크

• 섹터 : 최소단위. 한번에 읽고 씀

  섹터간 갭, 트랙간 갭

• 등 각속도 : 디스크가 회전하는 속도가 일정함(바깥 섹터일 수록 헤드의 속도가 빨라짐). 간단. 공간 낭비. 하드디스크. (다수의 동심원 트랙. )

  등 선속도 : 헤드의 속도가 항상 일정. 디스크 회전 속도가 달라짐. 트랙 전체의 저장밀도가 균일하여 낭비 없음. 구동장치 복잡. CD/DVD.

• 디스크 포맷 : 새것처럼 만듦. 디스크 구성을 검사, 트랙 시작점, 섹터의 시작과 끝을 구분하기 위한 제어정보 등을 저장함

  • 바이트 섹터의 데이터 형식

    gap(섹터 분리), sync(동기화. 섹터의 시작과 타이밍 정렬), address mark(섹터 번호 및 위치와 상태), data(데이터), ECC(Error-Correcting Code. 데이터 복구에 사용되는 오류 수정코드 포함)

    4K 섹터는 ECC자리가 줄어서 물리적 공간이 조금 늘어남

• 디스크 드라이브 : 디스크 외 디스크팔, 헤드, 회전축, 실린더(여러 디스크의 겹쳐있는 트랙들을 하나로 묶어서 실린더라고 함) 등 포함.

  platter ?

• 디스크 액세스 시간 = 탐색시간(트랙 찾기. 제일 오래 걸림) + 회전 지연 시간(섹터 찾기) + 데이터 전송 시간

3. 광기억장치

1. CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory)

   • 표면상의 피트pit(랜드 사이 _또는 \ /) & 랜드land 형태로 정보를 기록. 피트들로부터 반사되는 빛의 강도로 0 1 구분
   • 나선형 하나의 트랙이 같은 크기의 섹터들로 분할됨.

2. CD-R ( ‘’ Recordable)

   한번 쓰기 가능. = WORM

3. CD-RW ( ’’ ReWritable)

   여러번 쓰기 가능. 반복저장이 가능한 기록층이 있음.

4. DVD : 더 큰 용량 저장 가능. 고품질 비디오. 원한 두 개를 겹친 복층 형태. 등 선속도.

5. 블루레이 : 더 촘촘. 복층. 단파장 청자색 레이저 사용 → pit와 트랙의 크기와 폭 축소, 저장용량 증가

4. RAID Redundant Array of Independent disk

디스크 여러개 연결해 큰 용량의 디스크 배열(disc array) 만듦. 속도(분산 저장해 동시 접근), 신뢰도(mirroring) 향상. 결함발생 증가(MTTF mean time to failure 단축)

• 스트라이핑(striping 분산)
• 미러링(mirroring 중복)
• 패리티(party 무결성) → ??

1. RAID-0 (non-redundancy, striping): 스트라이핑 ㅇㅇ, 미러링x. 속도를 빠르게 하려고 분산저장. 중복은 없음. 하나 고장나면 답없음

2. RAID-1 (mirrored): 미러링ㅇㅇ. 전체를 통으로 복사본 만듦. → 거의 완전한 결함 허용도(fault tolerance). 높은 신뢰도.

3. RAID-2 (redundant via Hamming code): 해밍코드를 이용한 오류 검출&정정. 데이터를 분산시켜 비트단위로 저장. 오류가 많이 발생하는 상황에서 사용(거의 안씀)

4. RAID-3 (bit-interleaved striping with parity): 패리티로 오류 검출&정정.

   striping해 병렬 데이터 읽기/쓰기 가능 → 속도 향상.

   쓰기할 때마다 패리티비트 갱신 → 시간 지연. 패리티디스크에 병목현상.

   • 패리티 생성 : p = b0~3을 XOR연산.

     b1 값 복구 : b1 = p와 b0, b2, b3를 XOR연산 - ?

5. RAID-4 (block-interleaved ‘’ ): 블록단위 인터리빙. 패리티 블록.

   쓰기 동작시마다 패리티 디스크를 두번씩 접근 → 병목현상

6. RAID-5 (block-interleaved striping with distributed parity) : 패리티 블록을 분산 저장

   병목현상 해소. 쓰기 동작의 병렬수행 가능. 좋은 성능. 널리 사용. 비용과 안정성이 적절히 보장.

7. RAID-01 (striping 먼저), RAID-10 (mirroring 먼저)

   용량을 50퍼만 사용 가능(비용듦). RAID-01은 하나 고장 시 전체 다 복구해야해서 RAID-10이 유리함.

5. SSD

대용량 비휘발성 반도체 저장장치. 높은 안정성, 신뢰도. HDD대체, 좀더 비쌈. 플래시메모리 여러개를 배열로 구성. 플래시 메모리 셀은 재기록 횟수 (수명) 제한적.

트랙과 비슷한 블록, 섹터와 비슷한 페이지.

• 플래시 변환 계층 : 기존 OS가 SSD를 HDD처럼 처럼 쓸 수 있도록 해주는 미들웨어

  플래시 메모리의 블록, 페이지 → 트랙, 섹터로 논리적 변환

  SSD컨트롤러가 수행

• 특징

  • 웨어 레벨링 wear leveling : 덧쓰기 집중 안되도록, 어디 다른데다 쓰고 원래 써있던 곳에는 무효 표시함. 모든 페이지를 골고루 쓰도록함. 마모평준화.

  • 가비지 컬렉션 : 무효표시된 데이터들 = 쓰레기. 쌓임 → 많이 쌓인 블록을 처리. 유효 페이지를 골라내 미리 복사하고 블록 전체를 처리함.

    • TRIM : SSD제어기에게 무효가 된 페이지들을 통보하는 명령

  • 오버 프로비저닝over provivioning : 여유 공간이 있어야 웨어레벨링과 가비지 컬렉션 작업이 원활. SSD 내부에 여분 공간 둠. 출시될 때부터 내장하거나 SSD공간 일부를 설정해 사용하기도 함.