보조기억장치

 

주기억장치로만 필요한 데이터를 모두 수용할 수 없다. 따라서 부족한 주기억장치 공간을 보조할 수 있는 기억장치가 필요하다.

이러한 장치를 보조기억장치라고 하는데, 자기 테이프나, 광 디스크 등이 이에 해당된다. 보조기억장치는 입출력 처리가 주기억장치에 비해 느리지만 적은 비용으로 많은 데이터를 저장할 수 있다.

 

최근 하드웨어들은 과거에 비할 수 없도록 성능과 용량이 크다. 실제 하드웨어 API를 통해 다양한 작업까지 할 수 있으니 소프트웨어도 내장된 것을 알 수 있다.

 

 

지역성의 원리 : 필요한 부분만 주기억장치에 저장하고 나머지는 보조기억장치에 저장

이는 적은 용량의 주기억장치에 필요한 데이터만을 담고 필요할 때 보조기억장치에서 데이터를 가져와 프로그램에서 사용하는 방식을 예로 들 수 있는데, 보통 swap 이라고도 한다. 혹은 캐시 기억장치를 사용한 것도 마찬가지이다.

 

보통 기억장치의 계층구조라고 하면 CPU, CPU 내부에는 레지스터를 통해 빠르게 저장하고 계산하며, 실제로 프로그램과 데이터가 저장되는 것은 주기억장치에 저장된다.

주기억장치는 CPU 속도를 따라갈 수 없기 때문에 CPU와 주기억장치 사이에 캐시 기억장치를 두기도 한다. 

 

 

보조기억 장치 종류

 

 

접근 방식으로 나누어 보자.

 

순차접근 방식과 직접접근 방식이 있다.

 

순차접근 기억장치는 물리적인 순서에 따라 데이터를 저장하고, 동일한 순서에 따라 순서대로 데이터를 읽을 수 있는 장치로 대표적인 예로 자기 테이프장치가 이에 해당된다.  
자기 테이프의 종류로는 릴 테이프, 카트리지 테이프( DAT, DLT, LTO 등)이 있다.

 

직접접근 기억장치는 데이터의 위치를 지정하여 데이터를 저장하거나 읽어 낼 수 있는 저장장치를 말한다.

 

직접접근 매체는 자기디스크, 광디스크, ssd, 플래시 메모리이다. 

 

광 디스크의 종류는 상당히 많다. CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD, DVD-R, HD-DVD, Blu-ray 등

 

자기 디스크는 과거에 보았던 플로피디스크와 하드디스크가 있다.

 

 

자기 테이프 기억장치

 

 

해당 매체는 대화식 처리에 직접 사용하기에 적합하지 않다. 기록된 순서에 따라서만 읽을 수 있기 때문이다.

보통 데이터를 백업하는 용도로 사용할 수 있다.

LTO ( Linear-Tape-Open)은 18TB를 저장하며 압축 시 45TB까지 저장할 수 있는 용량이 있다.

 

자기 디스크 기억장치

 

실제로 자주 사용하는 기억장치로 데이터의 위치를 지정하여 데이터를 저장하거나 읽어 낼 수 있는 저장장치이다. 

 

대화식 처리를 위한 빠른 데이터 처리를 위해서는 직접접근 저장장치가 필요하다. 

 

 

하드디스크도 자기 디스크이다.  1개의 회전축에 자성체가 코팅된 여러 개의 금속 디스크를 결합하여 고속 회전한다.

액츄에이터 암에 연결된 헤드가 각각의 기록면 위에서 이동하여 원하는 위치에서 읽기 , 쓰기를 한다.

 

디스크 표면에는 여러 개의 원형 트랙이 배열되어 있다. 각각의 트랙은 정해진 양의 데이터를 저장하는 구획인섹터로 나뉜다.

하드디스크의 성능은 탐색시간, 회전지연시간, 전송시간으로 구성된다.

 

탐색시간은 헤드가 지정된 트랙으로 이동하는 시간이다.  회전 지연시간은 디스크가 회전하여 데이터 위치가 헤드에 도달하는 시간으로, 디스크의 회전 속도에 따라 결정된다.

전송시간은 주기억장치와 하드디스크 사이에 데이터를 전송하는데 소비되는 시간이다.

 

 

광 디스크

 

 

레이저를 이용하여 기록면에서 데이터를 읽는다. 한 장의 마스터로부터 대용량 데이터를 인쇄하듯 찍어내어 대량 생산이 가능하다.

 

 

광디스크는 ROM, WORM, RW 종류가 존재한다.

ROM은 제작 단계에서 한 번만 기록가능하고 이후 추가나 수정이 불가능하다.

WORM은 공백 상태로 제작되며 1회에 한해 기록할 수 있다. 데이터의 영구적 기록을 위해 사용한다.

RW은 디스크에 반복적으로 쓰고 지울 수 있고 약 1천 번 정도 재 기록이 가능하다.

 

 

반도체 기억장치

 

반도체 기억장치를 사용하게 되면 물리적인 움직임을 삭제할 수 있다. 따라서 반도체를 사용한 기억장치는 더욱 빠른 속도를 보장한다.

 

예를 들면 USB 플래시 드라이브가 존재한다. 이는 전기적으로 데이터를 지우고 다시 기록할 수 있는 비휘발성 반도체 메모리이다. 

 

USB는 컴퓨터와 주변기기 사이의 데이터 교환 버스 규격을 말하며 USB 2.0 은 최대 480 Mbps, USB 3.2 최대 20 Gbps를 지원한다. 

 

이는 블록단위로 데이터를 읽고 쓴다. 따라서 page 단위로 처리되는 주기억장치에는 용이하지 않다.

 

USB는 SLC방식과 MLC 방식으로 바뀐다.

 

Single Level Cell은 1개의 기억 소자에 1개의 비트를 저장한다. 따라서 속도가 바르고 안정성이 높다. 다만 가격도 높다.

Multi Level Cell은 1개의 기억 소자에 2비트 이상을 저장한다. DLC는 두 개, TLC는 3개, QLC는 4개를 의미한다. 

다만 안정성과 속도는 낮고 가격도 낮다. 보통 우리는 MLC 방식을 사용한 USB 플래시 메모리를 사용한다.

 

 

이러한 플래시 메모리를 자기 디스크와 같은 인터페이스로 장착할 수 있도록 한 것이 SSD이다.

 

Solid-State Drive는 디스크 대신 반도체 메모리를 사용하여 데이터를 저장한다.

플래시 메모리를 이용하는 방식과 DRAM과 배터리를 사용하는 방식이 있다. 주로 플래시 메모리를 사용한다.

 

단점은 다음과 같다.

 

기록과 삭제 횟수가 한정되어 수명이 짧음(극복 중). 데이터 기록 시 먼저 블록 삭제를 한 후 쓰기를 수행하므로 읽기와 쓰기의 속도가 비대칭적이다. 가격도 비싼 편이다.