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기억 장치
computer storage media
컴퓨터 데이터 스토리지(computer data storage) 또는 디지털 데이터 스토리지(digital data storage)는 컴퓨터 구성 요소와 기록 매체로 구성된 테크놀로지를 통해 디지털 데이터를 보존하는 것이다. 디지털 데이터 저장은 컴퓨터의 핵심 기능이자 기본적인 구성 요소이다.
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컴퓨터 데이터 스토리지(computer data storage) 또는 디지털 데이터 스토리지(digital data storage)는 컴퓨터 구성 요소와 기록 매체로 구성된 테크놀로지를 통해 디지털 데이터를 보존하는 것이다. 디지털 데이터 저장은 컴퓨터의 핵심 기능이자 기본적인 구성 요소이다.
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컴퓨터 데이터 스토리지(computer data storage) 또는 디지털 데이터 스토리지(digital data storage)는 컴퓨터 구성 요소와 기록 매체로 구성된 테크놀로지를 통해 디지털 데이터를 보존하는 것이다. 디지털 데이터 저장은 컴퓨터의 핵심 기능이자 기본적인 구성 요소이다.
일반적으로 더 빠르고 휘발성 있는 저장 장치 구성 요소는 "메모리"라고 불리며, 느리지만 영구적인 구성 요소는 "저장 장치"라고 불린다. 이러한 구분은 폰 노이만 구조에서 확장되었으며, 여기서 중앙 처리 장치 (CPU)는 두 가지 주요 부분으로 구성된다: 제어 장치와 산술 논리 장치 (ALU). 전자는 CPU와 메모리 사이의 데이터 흐름을 제어하고, 후자는 데이터에 대한 산술 및 논리 연산을 수행한다. 실제로 거의 모든 컴퓨터는 메모리 계층 구조를 사용하며, 메모리는 CPU에 가깝고 저장 장치는 더 멀리 배치된다.
최신 컴퓨터에서는 하드 디스크 드라이브(HDD) 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)가 주로 저장 장치로 사용된다.
최신 디지털 컴퓨터는 이진법을 사용하여 자료를 나타낸다. 메모리 셀은 컴퓨터 메모리의 기본적인 구성 요소로, 1비트의 이진 정보를 저장하며, 1을 저장하도록 설정하거나 0을 저장하도록 재설정할 수 있으며, 셀을 읽어 접근할 수 있다.
텍스트, 숫자, 그림, 오디오 및 거의 모든 형태의 정보는 0 또는 1의 값을 갖는 비트 또는 이진 숫자열로 변환될 수 있다. 가장 일반적인 저장 단위는 8비트와 동일한 바이트이다. 디지털 데이터는 정보 조각의 이진 표현으로 구성되며, 종종 각 문자, 숫자 또는 멀티미디어 객체에 비트 패턴을 할당하여 인코딩된다. 인코딩을 위한 많은 표준이 존재한다(예: ASCII와 같은 문자 인코딩, JPEG와 같은 이미지 인코딩, MPEG-4와 같은 비디오 인코딩).
보안상의 이유로, 특정 유형의 데이터는 저장 장치 스냅샷 조각에서 무단 정보 재구성 가능성을 방지하기 위해 저장 시 암호화될 수 있다. 전송 중 암호화는 데이터가 전송될 때 데이터를 보호한다.
데이터 압축 방법은 많은 경우(예: 데이터베이스)에 비트 문자열을 더 짧은 비트 문자열로 나타내고("압축") 필요할 때 원래 문자열을 재구성("압축 해제")할 수 있도록 한다. 이는 더 많은 계산 비용(필요할 때 압축 및 압축 해제)을 지불하고 많은 유형의 데이터에 대해 훨씬 적은 저장 공간(수십 퍼센트)을 활용한다. 저장 비용 절감과 관련 계산 비용 및 데이터 가용성 지연 가능성 사이의 장단점 분석은 특정 데이터를 압축된 상태로 유지할지 여부를 결정하기 전에 수행된다.
데이터 저장의 종류에 따라 서로 다른 실패 지점과 다양한 예측 실패 분석 방법이 있다. 즉각적으로 전체 손실로 이어질 수 있는 취약점으로는 기계식 하드 드라이브의 헤드 충돌과 플래시 저장 장치의 전자 부품 고장이 있다.
여유도는 컴퓨터가 코딩된 데이터의 오류(예: 임의의 비트 플립으로 인한 무작위 방사선)를 감지하고 수학적 알고리즘을 기반으로 수정할 수 있도록 한다. 순환 중복 검사 (CRC) 방법은 일반적으로 통신 및 저장 장치에서 오류 감지를 위해 사용된다. 여유도 솔루션에는 저장 복제, 디스크 미러링 및 RAID (독립 디스크의 이중 배열)가 포함된다.
하드 디스크 드라이브의 임박한 고장은 S.M.A.R.T. 진단 데이터를 사용하여 추정할 수 있다. 이 데이터에는 전원 켜짐 시간 및 스핀업 횟수가 포함되지만, 그 신뢰성은 논란의 여지가 있다. 광학 매체의 상태는 수정 가능한 사소한 오류를 측정하여 판단할 수 있으며, 높은 수치는 미디어가 악화되거나 품질이 낮음을 의미한다. 너무 많은 연속적인 사소한 오류는 데이터 손상으로 이어질 수 있다. 모든 광학 드라이브 공급업체 및 모델이 오류 스캔을 지원하는 것은 아니다.
상당한 양의 메모리 없이는 컴퓨터는 고정된 작업만 수행하고 즉시 결과를 출력할 수 있으므로 새로운 프로그램을 실행하려면 하드웨어 재구성이 필요하다. 이는 데스크톱 계산기, 디지털 신호 처리 장치 및 기타 특수 장치와 같은 장치에서 자주 사용된다. 폰 노이만 기계는 명령어와 데이터가 저장되는 메모리를 가지고 있다는 점에서 다르며, 각 새로운 프로그램에 대해 하드웨어를 재구성할 필요 없이 새로운 메모리 내 명령어로 단순히 재프로그래밍할 수 있다. 또한 상대적으로 간단한 프로세서가 연속적인 계산 사이에 상태를 유지하여 복잡한 절차적 결과를 구축할 수 있으므로 설계가 더 간단한 경향이 있다. 대부분의 최신 컴퓨터는 폰 노이만 기계이다.
현대적 용법에서 "저장 장치"라는 용어는 일반적으로 CPU가 직접 접근할 수 없는 저장 장치와 미디어, 즉 보조 기억 장치 또는 삼차 기억 장치를 포함하는 컴퓨터 데이터 저장 장치의 하위 집합을 지칭한다. 일반적인 저장 장치 형태로는 하드 디스크 드라이브, 광학 디스크 드라이브 및 비휘발성 메모리 장치(즉, 컴퓨터 전원이 꺼져도 내용을 유지하는 장치)가 있다. 반면에 "메모리"라는 용어는 일반적으로 동적 랜덤 액세스 메모리 (DRAM)인 반도체 읽기-쓰기 메모리 데이터 저장 장치를 지칭하는 데 사용된다. 동적 램은 휘발성 메모리의 한 형태로, 저장된 정보를 주기적으로 다시 읽고 다시 쓰거나 새로 고침해야 한다. 정적 램 (SRAM)은 DRAM과 유사하지만, 전원이 공급되는 한 새로 고침할 필요가 없다.
현대적 용법에서 주 저장 장치와 보조 저장 장치의 메모리 계층 구조는 일부 용도에서 역사적으로 각각 보조 저장 장치와 삼차 저장 장치라고 불렸던 것을 지칭한다.
주 저장 장치(주 메모리, 내부 메모리 또는 프라임 메모리라고도 함)는 종종 단순히 메모리라고 불리며 CPU에 직접 접근 가능한 저장 장치이다. CPU는 거기에 저장된 명령어를 계속 읽고 필요에 따라 실행한다. 활발하게 작동하는 모든 데이터도 거기에 균일한 방식으로 저장된다. 역사적으로 초기 컴퓨터는 지연선, 윌리엄스관 또는 회전하는 자기 드럼을 주 저장 장치로 사용했다. 1954년까지 이러한 신뢰할 수 없는 방법은 대부분 자기코어 메모리로 대체되었다. 코어 메모리는 1970년대까지 지배적이었는데, 집적 회로 기술의 발전으로 반도체 메모리가 경제적으로 경쟁력을 갖게 되었다.
이것은 작고 가벼우며 비교적 비싼 현대 랜덤 액세스 메모리로 이어졌다. 주 저장 장치에 사용되는 RAM은 휘발성 메모리이며, 전원이 공급되지 않으면 정보를 잃어버린다. 열린 프로그램을 저장하는 것 외에도 읽기 및 쓰기 성능을 향상시키기 위한 디스크 캐시 및 쓰기 버퍼 역할을 한다. 운영 체제는 실행 중인 소프트웨어에 필요하지 않은 한 캐싱을 위해 RAM 용량을 빌린다. 여유 메모리는 임시 고속 데이터 저장을 위한 램 드라이브로 활용될 수 있다. 주 대용량 RAM 외에도 두 가지 하위 계층의 주 저장 장치가 더 있다.
프로세서 레지스터는 프로세서 내부에 위치하며, 각 레지스터는 일반적으로 워드 데이터(종종 32비트 또는 64비트)를 보유하는 모든 형태의 데이터 저장 장치 중 가장 빠르다. CPU 명령어는 산술 논리 장치에 이 데이터에 대한 다양한 계산 또는 다른 작업을 수행하도록 지시한다.
CPU 캐시는 더 빠른 레지스터와 더 느린 주 메모리 사이의 중간 단계로, 주 메모리보다 빠르지만 용량은 훨씬 적다. 다단계 계층적 캐시 설정도 일반적으로 사용되며, 주 캐시는 가장 작고 빠르며, 보조 캐시는 더 크고 느리다.
ROM, EEPROM, NOR 플래시, RAM을 포함한 주 저장 장치는 일반적으로 바이트 주소 지정이 가능하다. 이러한 메모리는 주소 버스와 데이터 버스로 구성된 메모리 버스를 통해 중앙 처리 장치에 직접 또는 간접적으로 연결된다. CPU는 먼저 주소 버스를 통해 원하는 데이터 위치를 나타내는 메모리 주소라는 숫자를 보낸다. 그런 다음 데이터 버스를 사용하여 메모리 셀의 데이터를 읽거나 쓴다. 또한 메모리 관리 장치 (MMU)는 CPU와 RAM 사이에 실제 메모리 주소를 재계산하는 작은 장치이다. 메모리 관리 장치는 메모리 관리를 허용한다. 예를 들어, 가상 메모리 또는 다른 작업의 추상화를 제공할 수 있다.
비휘발성 주 저장 장치에는 작은 시작 프로그램(바이오스)이 포함되어 컴퓨터를 부트스트래핑한다. 즉, 비휘발성 보조 저장 장치에서 더 큰 프로그램을 RAM으로 읽고 실행하기 시작한다. 이 목적으로 사용되는 비휘발성 기술을 고정 기억 장치 (ROM)라고 한다. 대부분의 "ROM" 유형은 문자 그대로 읽기 전용이 아니지만 쓰기가 어렵고 느리다. 일부 임베디드 시스템은 ROM에서 직접 프로그램을 실행하는데, 이는 이러한 프로그램이 거의 변경되지 않기 때문이다. 표준 컴퓨터는 펌웨어 외에 ROM에 많은 프로그램을 저장하지 않으며 대용량 보조 저장 장치를 사용한다.
보조 저장 장치(외부 메모리 또는 보조 저장 장치라고도 함)는 주 저장 장치와 달리 CPU에 직접 접근할 수 없다. 컴퓨터는 입출력 채널을 사용하여 보조 저장 장치에 접근하고 원하는 데이터를 주 저장 장치로 전송한다. 보조 저장 장치는 전원이 꺼져도 데이터를 유지하는 비휘발성이다. 최신 컴퓨터 시스템은 보조 저장 장치가 저렴하기 때문에 일반적으로 주 저장 장치보다 두 자릿수 더 많은 보조 저장 장치를 가지고 있다.
최신 컴퓨터에서는 하드 디스크 드라이브(HDD) 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)가 주로 보조 저장 장치로 사용된다. HDD 또는 SSD의 바이트당 액세스 타임은 일반적으로 밀리초 단위로 측정되는 반면, 주 저장 장치의 바이트당 액세스 시간은 나노초 단위로 측정된다. CD 및 DVD 드라이브와 같은 회전식 광학 디스크 드라이브는 훨씬 더 긴 액세스 시간을 가진다. 보조 저장 장치 기술의 다른 예로는 USB 플래시 드라이브, 플로피 디스크, 자기 테이프, 천공 테이프, 천공 카드 및 램 드라이브가 있다.
탐색 시간과 회전 지연 시간을 줄이기 위해 하드 디스크 드라이브, 광학 디스크 드라이브 및 솔리드 스테이트 드라이브를 포함한 보조 저장 장치는 대규모 연속 블록으로 디스크 포맷을 통해 전송된다. 보조 저장 장치는 블록별로 주소 지정이 가능하다. HDD의 디스크 읽기/쓰기 헤드가 적절한 위치와 데이터에 도달하면 트랙의 후속 데이터는 매우 빠르게 접근할 수 있다. I/O 병목 현상을 줄이는 또 다른 방법은 RAID를 사용하여 주 메모리와 보조 메모리 간의 대역폭을 늘리기 위해 여러 디스크를 병렬로 사용하는 것이다.
보조 저장 장치는 종종 파일 시스템 형식에 따라 포맷된다. 이는 데이터를 파일 및 디렉토리로 구성하는 데 필요한 추상화를 제공하는 동시에 특정 파일의 소유자, 접근 시간, 접근 권한 및 기타 정보를 설명하는 메타데이터를 제공한다. 대부분의 컴퓨터 운영체제는 가상 메모리 개념을 사용하여 시스템에 물리적으로 사용 가능한 것보다 더 많은 주 저장 용량을 활용할 수 있도록 한다. 주 메모리가 가득 차면 시스템은 가장 적게 사용되는 청크(페이지)를 보조 저장 장치의 스왑 파일 또는 페이지 파일로 이동하고 필요할 때 나중에 검색한다.
삼차 저장 장치 또는 삼차 기억 장치는 일반적으로 산업용 로봇 팔이 데이터베이스 카탈로그에서 분리 가능한 대용량 저장 매체를 시스템 요구에 따라 저장 장치에 장착 및 해제하는 것을 포함한다. 이는 보조 저장 장치보다 훨씬 느리기(예: 5–60초 대 1–10밀리초) 때문에 주로 거의 접근되지 않는 정보 아카이빙에 사용된다. 이는 주로 인간 조작자 없이 접근되는 매우 큰 데이터 저장소에 유용하다. 일반적인 예로는 테이프 라이브러리, 광학 주크박스, 그리고 대규모 유휴 디스크 배열(MAID)이 있다. 삼차 저장 장치는 "온라인에 가깝다"는 의미에서 니어라인 스토리지라고도 알려져 있다. 계층적 저장 관리는 오랫동안 사용되지 않은 파일을 빠른 하드 디스크 저장 장치에서 라이브러리 또는 주크박스로 자동으로 마이그레이션하는 아카이빙 전략이다.
오프라인 저장 장치는 처리 장치의 제어 하에 있지 않은 매체 또는 장치에 저장된 컴퓨터 데이터이다. 매체는 일반적으로 보조 또는 삼차 저장 장치에 기록된 다음 물리적으로 제거되거나 연결 해제된다. 삼차 저장 장치와 달리 인간의 개입 없이는 접근할 수 없다. 분리된 매체는 물리적으로 쉽게 운반될 수 있으므로 정보를 전송하는 데 사용된다. 현대 개인용 컴퓨터에서는 대부분의 보조 및 삼차 저장 매체도 오프라인 저
출처: 기억 장치 (CC BY-SA)
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