🔎문제1 <보기>를 참고하여 (a)~(d)를 알맞게 채워주세요
<보기>
디스크 팔(disk arm) - 직선 모양의 금속체
구동장치(actuator) - 디스크 팔 끝 부분에 설치된 디스크 회전 장치
헤드(head) - 전도성 코일을 통하여 표면을 자화시킴으로써 데이터를 저장하거나 데이터를 읽을때 사용하는 부분
트랙(track) - 디스크 표면에 존재하는 여러 개의 동심원
섹터(sector) - 디스크에 한 번 쓰거나 읽는 동작이 수행되는 최소의 물리적 단위
🔎문제2 다음 빈 칸에 들어갈 숫자의 총합을 구해주세요 (1등 상품: 42서울 남색티셔츠)
- 그림에서 트랙의 수:
(a)___개 - 그림에서 각 트랙이 나누어진 섹터의 수:
(b)___개 - 컴퓨터구조 남은 스터디 회차의 수:
(c)___회
🔎문제3 그림의 디스크 형식화작업(disk formatting)의 예시를 참고하여 빈칸을 채워주세요.
- 트랙 및 섹터의 데이터 형식필드의 시작점을 구별하는 특수한 비트 패턴 :
(a)_________________ - 오류 검출을 위한 코드 :
(b)_________________
🔎문제4 등각속도 방식(CAV, Constant Angular Velocity)의 특징이 아닌 것은 무엇일까요? (기본6.4)
- 모든 트랙의 저장 밀도가 같다.
- 회전 구동장치가 간단하다.
- 디스크 평판이 일정한 속도로 회전한다
- 디스크 저장 공간이 비효율적으로 사용된다.
🔎문제5 다중영역기록(MZR, Multiple Zone Recording)방식의 특징이 아닌 것은 무엇일까요? (기본6.5)
- 디스크 상의 트랙들이 여러 영역으로 나누어진다.
- 같은 영역에 속한 트랙들에는 같은 수의 비트들이 저장된다.
- 트랙이 속한 영역에 상관없이 데이터 읽기 시간이 동일하다.
- 디스크 저장 공간이 효율적으로 사용된다.
🔎문제6 다음은 디스크 액세스 과정입니다. 보기에서 알맞은 시간을 골라주세요.
<디스크 액세스 과정>
- 헤드를 해당 트랙으로 이동시킨다. :
(a)__________________ - 원하는 데이터가 저장된 섹터가 헤드 아래로 회전되어 올때까지 기다린다. :
(b)__________________ - 원하는 데이터를 전송한다. :
(c)__________________
<보기>
데이터 전송 시간(data transfer time)
회전 지연 시간(rotational latency)
탐색 시간(seek time)
🔎문제7 (고도의 수학적 지식을 요하는 계산문제) 회전 속도가 7200rpm인 디스크의 최대 회전지연 시간은 얼마일까요?(기본 6.3)
- 정답:
_______(ms)
🔎문제8 마무리 OX문제
- 디스크 드라이브는 디스크, 헤드, 디스크 팔, 구동장치, 데이터 전송선 등을 포함한다.
(O / X) - 최근에 개발된 대용량 디스크들은 저장 밀도를 크게 높여 표면 당 트랙의 수가 2,000개 이상으로 증가했다.
(O / X) - 평판의 양쪽 면이 모두 자화물질로 코팅된 양면 디스크(double-sided disk)이라 하고 대부분의 디스크들은 양면 디스크이다.
(O / X) - 다중-평판 디스크 드라이브에서 동일한 반경에 위치한 트랙들의 집합을 트랙터라고한다.
(O / X) - 직렬 ATA버스와 같은 고속의 인터페이스들이 사용되면서 데이터 전송시간은 100mbps ~200mbps 수준으로 높아졌다.
(O / X)
📄 답지
🔎문제1 <보기>를 참고하여 (a)~(d)를 알맞게 채워주세요
<보기>
디스크 팔(disk arm) - 직선 모양의 금속체
구동장치(actuator) - 디스크 팔 끝 부분에 설치된 디스크 회전 장치
헤드(head) - 전도성 코일을 통하여 표면을 자화시킴으로써 데이터를 저장하거나 데이터를 읽을때 사용하는 부분
트랙(track) - 디스크 표면에 존재하는 여러 개의 동심원
섹터(sector) - 디스크에 한 번 쓰거나 읽는 동작이 수행되는 최소의 물리적 단위
🔎문제2 다음 빈 칸에 들어갈 숫자의 총합을 구해주세요 (1등 상품: 42서울 남색티셔츠)
- 정답 : 4 + 8 + 3 = 15 (11111(2))
- 그림에서 트랙의 수: `(a)4`개
- 그림에서 각 트랙이 나누어진 섹터의 수: `(b)8`개
- 컴퓨터구조 남은 스터디 회차의 수: `(c)3`회
🔎문제3 그림의 디스크 형식화작업(disk formatting)의 예시를 참고하여 빈칸을 채워주세요.
- 트랙 및 섹터의 데이터 형식필드의 시작점을 구별하는 특수한 비트 패턴 :
(a) SYNCH 바이트 - 오류 검출을 위한 코드 :
(b) CRC(cyclic redundancy checking)
🔎문제4 등각속도 방식(CAV, Constant Angular Velocity)의 특징이 아닌 것은 무엇일까요? (기본6.4)
- 가. 모든 트랙의 저장 밀도가 같다.
(정답) - 나. 회전 구동장치가 간단하다.
- 다. 디스크 평판이 일정한 속도로 회전한다
- 라. 디스크 저장 공간이 비효율적으로 사용된다.
🔎문제5 다중영역기록(MZR, Multiple Zone Recording)방식의 특징이 아닌 것은 무엇일까요? (기본6.5)
- 가. 디스크 상의 트랙들이 여러 영역으로 나누어진다.
- 나. 같은 영역에 속한 트랙들에는 같은 수의 비트들이 저장된다.
- 다. 트랙이 속한 영역에 상관없이 데이터 읽기 시간이 동일하다.
(정답) - 라. 디스크 저장 공간이 효율적으로 사용된다.
🔎문제6 다음은 디스크 액세스 과정입니다. 보기에서 알맞은 시간을 골라주세요.
<디스크 액세스 과정>
- 헤드를 해당 트랙으로 이동시킨다. :
(a)탐색 시간(seek time) - 원하는 데이터가 저장된 섹터가 헤드 아래로 회전되어 올때까지 기다린다. :
(b)회전 지연 시간(rotational latency) - 원하는 데이터를 전송한다. :
(c)데이터 전송 시간(data transfer time)
<보기>
데이터 전송 시간(data transfer time)
회전 지연 시간(rotational latency)
탐색 시간(seek time)
🔎문제7 (고도의 수학적 지식을 요하는 계산문제) 회전 속도가 7200rpm인 디스크의 최대 회전지연 시간은 얼마일까요?(기본 6.3)
- 정답: 8.33ms
7200 (rot / min) * (min / 60 sec)
= 120 rot / sec
1 / 120 (sec / rot)
= 0.00833(s)
= 8.33(ms)
🔎문제8 마무리 OX문제
- 디스크 드라이브는 디스크, 헤드, 디스크 팔, 구동장치, 데이터 전송선 등을 포함한다. (O)
- 최근에 개발된 대용량 디스크들은 저장 밀도를 크게 높여 표면 당 트랙의 수가 2,000개 이상으로 증가했다.(O)
- 평판의 양쪽 면이 모두 자화물질로 코팅된 양면 디스크(double-sided disk)이라 하고 대부분의 디스크들은 양면 디스크이다. (O)
- 다중-평판 디스크 드라이브에서 동일한 반경에 위치한 트랙들의 집합을 트랙터라고한다. (X, 실린더)
- 직렬 ATA버스와 같은 고속의 인터페이스들이 사용되면서 데이터 전송시간은 100mbps ~200mbps 수준으로 높아졌다. (X, 600mbps 수준)
->
가. 디스크 인터리빙을 이용할 수 있다.
나. 오류를 검증하는 부분은 해결하지 못한다.
다. 성능이 좋은 디스크 드라이브 하나를 이용해 모든 서비스를 가능하게 만든다.
라. 낮은 비용으로 높은 성능을 추구한다.
->
->
->
RAID-3은 ___(a)___의 단점을 보완하기 위해 나왔으며 한개의 ___(b)___ 디스크를 추가하여 데이터 오류를 정정할 수 있습니다.
___(b)___ 디스크의 비트는 다른 디스크의 비트와 함께 ___(c)___ 연산을 수행하여 오류를 정정하여 원래 값을 찾을 수 있습니다.
데이터는 ___(d)___ 단위로 분산 저장되기 때문에 읽기 쓰기 동작에 모든 데이터가 참여가 가능하며 빠른 데이터 전송도 가능합니다.
📄 답지
디스크 인터리빙이란, 여러 개의 디스크를 분산 저장하는 기술을 말하구요.
여러 블록을 여러 디스크에 동시에 쓰고 읽을 수 있기 때문에 병목현상을 줄일 수 있다는 장점이 있으면서도,
한 디스크에 결함이 생기면 전체 데이터 파일이 손상되는 문제점을 가지고 있습니다.
가. 디스크 인터리빙을 이용할 수 있다.
나. 오류를 검증하는 부분은 해결하지 못한다.
다. 성능이 좋은 디스크 드라이브 하나를 이용해 모든 서비스를 가능하게 만든다.
라. 낮은 비용으로 높은 성능을 추구한다.
정답: 가, 라
'가'와 '라'는 바른 설명이고,
'나'의 경우 RAID-2의 검사디스크 또는 RAID-3과 4의 패리티 디스크와 같이 오류를 검증할 수 있기 때문에 틀렸고
'다'의 경우 반대로 여러 디스크를 이용하여 성능을 향상시키는 것이 RAID이므로 틀렸습니다.
정답: 500시간
디스크를 배열로 구성하게 될 경우 신뢰도가 낮아지며 이 경우 MTTF는 (단일 디스크의 MTTF)/(배열 내 디스크 수)입니다.
15000/30은 500이므로 MTTF는 500시간입니다.
정답: 300GB
RAID-1은 디스크 미러링 방식이라고도 부르며 디스크가 짝을 이루어 읽고 쓰는 방식입니다.
100GB 6개의 디스크가 있다면 3개의 데이터 디스크와 3개의 미러 디스크로 구성되며 전체 용량의 절반인 300GB만 사용할 수 있습니다.
RAID-3은 RAID-2의 단점을 보완하기 위해 나왔으며 한개의 패러티 디스크를 추가하여 데이터 오류를 정정할 수 있습니다.
패러티 디스크의 비트는 다른 디스크의 비트와 함께 exclusive-OR 연산을 수행하여 오류를 정정하여 원래 값을 찾을 수 있습니다.
데이터는 비트 단위로 분산 저장되기 때문에 읽기 쓰기 동작에 모든 데이터가 참여가 가능하며 빠른 데이터 전송도 가능합니다.
가. 제어 게이트
나. 드레인
다. 부동 게이트
라. N-채널
->
가. EEPROM보다 저장 밀도가 더 높다.
나. 한 비트를 저장하는 데 두 개의 트랜지스터가 사용된다.
다. 삭제는 블록 단위, 쓰기는 페이지 단위로 이루어진다.
라. SSD의 구성 요소로 사용된다.
->
a) NOR형 플래시는 트랜지스터들이 병렬이다.
b) NOR형 플래시는 드레인, 소스단자(다리 사진)가 비트선과 각각 접지로 직접 연결되어있다.
c) NOR형 플래시는 셀(비트) 단위의 읽기와 쓰기가 가능하다.
d) NOR형 플래시는 비트선, 워드선이 트랜지스터 수만큼 필요해서 공간을 많이 차지한다.
e) NOR형 플래시는 고정된 프로그램 코드를 순차적으로 인출하거나, 작은 크기의 데이터를 수시로 읽고 쓰는 에 사용될 수 있다.
f) NOR형 플래시는 OS 저장장치에 적합한 플래시 메모리 유형이다.
g) NOR형 플래시는 일반적으로 사용하는 대용량 저장장치를 이루는 기본 단위이다.
->
- TLC(triple-level cell)방식의 플래시 메모리는 주입되는 전자 수를 조절하여 셀 하나에 총 8비트를 저장할 수 있다. (O/X)
- TLC(triple-level cell)는 읽기시간/쓰기시간/삭제시간/재기록가능횟수 4가지 모든 면에서 SLC(single-level cell)에 비해 성능이 떨어진다. (O/X)
->
TLC 방식은 3비트씩 저장이 가능하지만 부동 게이트에 주입되는 전자 수의 차이를 구분하는 데 어려움을 가지고 있었다.
그러나 3차원 V-NAND에서는 그보다 더 많은 4비트씩(QLC) 저장할 수 있다. 어떤 변화가 있었을까?
가. 전자 수 측정 기술의 향상으로 읽기 시간이 2배 이상 빨라졌다.
나. 3차원셀로 바뀌면서 부동 게이트 공간이 확장되었다.
다. 셀과 셀 사이의 공간이 확보되어 데이터 간섭 현상을 감소시킬 수 있었다.
->
->
주변부(peri) 회로(데이터를 저장하는 셀들을 선택하고 컨트롤하는 역할을 하는 로직회로)가
원래는 옆에 따로 있었는데 맨 아래층에 넣어서 차지하는 면적을 줄이고 효율을 높인 것이다.
2019년까지 인텔은 그래도 플로팅게이트가 CTF보다 데이터 유실률이 낮다며
셀당 5비트를 저장하는 플로팅게이트 플래시 메모리를 연구하다가.. 기사1
2020년에 낸드 플래시 사업부를 SK하이닉스에 매각했다고 하네요. 기사2
📄 답지
가. 제어 게이트
나. 드레인
다. 부동 게이트
라. N-채널
다. 부동 게이트 (floating gate)
가. EEPROM보다 저장 밀도가 더 높다.
나. 한 비트를 저장하는 데 두 개의 트랜지스터가 사용된다.
다. 삭제는 블록 단위, 쓰기는 페이지 단위로 이루어진다.
라. SSD의 구성 요소로 사용된다.
나. 한 비트를 저장하는 데 1개의 트랜지스터가 사용된다.
a) NOR형 플래시는 트랜지스터들이 병렬이다.
b) NOR형 플래시는 드레인, 소스단자(다리 사진)가 비트선과 각각 접지로 직접 연결되어있다.
c) NOR형 플래시는 셀(비트) 단위의 읽기와 쓰기가 가능하다.
d) NOR형 플래시는 비트선, 워드선이 트랜지스터 수만큼 필요해서 공간을 많이 차지한다.
e) NOR형 플래시는 고정된 프로그램 코드를 순차적으로 인출하거나, 작은 크기의 데이터를 수시로 읽고 쓰는 어플리케이션에 사용될 수 있다.
f) NOR형 플래시는 OS 저장장치에 적합한 플래시 메모리 유형이다.
g) NOR형 플래시는 일반적으로 사용하는 대용량 저장장치를 이루는 기본 단위이다.
g만 X다. 이는 NAND형 플래시에 대한 설명이다. 나머지는 모두 맞는 설명이다.
- TLC(triple-level cell)방식의 플래시 메모리는 주입되는 전자 수를 조절하여 셀 하나에 총 8비트를 저장할 수 있다. (O/X)
(X) 전자 수를 8단계로 구분하여 총 2^3가지 저장이 가능 = 3비트가 저장된다.
- TLC(triple-level cell)는 읽기시간/쓰기시간/삭제시간/재기록가능횟수 4가지 모든 면에서 SLC(single-level cell)에 비해 성능이 떨어진다.
(O) 표 6-3에서 정확한 수치를 비교해볼 수 있다.
더 많은 전자를 주입하고 세는 데에 더 세밀한 조작이 필요하기 때문에 이런 시간차가 발생한다.
TLC 방식은 3비트씩 저장이 가능하지만 부동 게이트에 주입되는 전자 수의 차이를 구분하는 데 어려움을 가지고 있었다.
그러나 3차원 V-NAND에서는 그보다 더 많은 4비트씩(QLC) 저장할 수 있다. 어떤 변화가 있었을까?
가. 전자 수 측정 기술의 향상으로 읽기 시간이 2배 이상 빨라졌다.
나. 3차원셀로 바뀌면서 부동 게이트 공간이 확장되었다.
다. 셀과 셀 사이의 공간이 확보되어 데이터 간섭 현상을 감소시킬 수 있었다.
나, 다.
부동게이트는 도체에 전자를 저장하고, CTF는 부도체에 전자를 담는다.
전자를 도체에 담으면
- 셀이 가까이 있어도 셀간 간섭이 잘 차단되고
- 셀의 높이가 낮아져서(부도체가 도체보다 두께가 얇으므로)
부동 게이트보다 집적도를 높여 용량을 키울 수 있었다.
CTF와 플로팅게이트 차이(출처:sk하이닉스)
SSD(Solid-State Drive)는 저장 밀도가 높은 ___(가)___로 구성된 대용량 비휘발성 반도체 저장장치입니다.
하드 디스크와는 달리 ___(나)___가 없기 때문에 안정정과 신뢰도가 높다는 장점이 있습니다.
[문제 4] 플래시 변환 계층(FTL)은 페이지 주소와 섹터 주소간의 매핑 외에도, SSD의 성능향상을 위하여 수행하는 중요한 기능이 몇가지 더 있다. 어떠한 기능들이 있는지 작성하시오.
[문제 5] SSD의 구성요소인 플래시 메모리는 블록 단위의 삭제만 가능하기 때문에 쓰레기 수집(garbage collection)과정이 필요하다. 이 과정의 효율을 높이기 위한 운영체제(OS) 차원의 지원에 해당하는 것은?(기본문제 6.18)
가. 주소 매핑
나. 오버-프로비저닝
다. TRIM
라. 미러링
📄 답지
SSD(Solid-State Drive)는 저장 밀도가 높은 ___(가)___로 구성된 대용량 비휘발성 반도체 저장장치입니다.
하드 디스크와는 달리 ___(나)___가 없기 때문에 안정정과 신뢰도가 높다는 장점이 있습니다.
정답
(가) : NAND형 플래시 메모리
(나) : 기계장치
정답 : SSD 제어기
** 데이터 저장과 인출, 칩 관리 등과 같은 핵심적인 기능을 수행하는 SSD 제어기는 펌웨어 수준의 프로그램 코드를 수행하는 임베디드 프로세서로 구현되며, SSD의 성능을 결정해주는 중요한 장치이다.
정답
명칭 : 플래시 변환 계층(Flash Translation Layer, FTL)
역할 : 기존의 파일시스템이나 운영체제가 HDD와 같은 방법으로 SSD를 엑세스 할수 있도록 해준다.
** SSD 제어기가 수행하는 FTL은 플래시 메모리의 블록과 페이지를 논리적으로 HDD의 트랙 및 섹터와 같은 구조로 변환해줌으로써 기존의 파일 시스템이나 운영체제와 같은 소프트웨어들이 SSD를 HDD와 같은 방법으로 접근할수 있도록 도와준다.
[문제 4] 플래시 변환 계층(FTL)은 페이지 주소와 섹터 주소간의 매핑 외에도, SSD의 성능향상을 위하여 수행하는 중요한 기능이 몇가지 더 있다. 어떠한 기능들이 있는지 작성하시오.
정답 : 마모 평준화(wear leveling), 쓰레기 수집(garbage collection), 초과 대비공간(over-provisioning)
**
마모 평준화 : 플래시 메모리의 모든 페이지들이 균등하게 사용되도록 관리함으써 수명을 연장시키는 기술
쓰레기 수집 : 수정되었으나 삭제되지 않은 무효 페이지들을 모아두었다가 한꺼번에 삭제하는 작업
초과 대비공간 : 마모평준화의 효과를 높이기 위하여 SSD 내부에 추가해주는 여유 저장 공간
[문제 5] SSD의 구성요소인 플래시 메모리는 블록 단위의 삭제만 가능하기 때문에 쓰레기 수집(garbage collection)과정이 필요하다. 이 과정의 효율을 높이기 위한 운영체제(OS) 차원의 지원에 해당하는 것은?(기본문제 6.18)
가. 주소 매핑
나. 오버-프로비저닝
다. TRIM
라. 미러링
정답 : 다.
** TRIM 명령은 OS로 하여금 SSD 제어기에게 무효가 된 페이지들을 통보해줌으로써 쓰레기 수집의 효율을 높여 SSD의 성능을 향상시켜주는 보조 기능이다. 쓰레기 수집과 TRIM 명령은 삭제 횟수를 최소화시키는 데도 도움이 된다.