컴퓨터 데이터 저장소

Computer data storage
1 GiBSDRAM컴퓨터에 장착됩니다.Primary 스토리지의 입니다.
1999년부터 15GB PATA 하드 디스크 드라이브(HDD).컴퓨터에 연결하면 보조 저장소 역할을 합니다.
160GB SDLT 테이프 카트리지, 오프라인 스토리지의 한 예로보틱 테이프 라이브러리 내에서 사용하면 대신 3차 저장소로 분류됩니다.
미디어 확장용 크래들이 있는 DVD 드라이브 읽기/쓰기

컴퓨터 데이터 저장은 디지털 데이터를 저장하는 데 사용되는 컴퓨터 구성 요소와 기록 매체로 구성된 기술입니다.그것은 컴퓨터의 [1]: 15–16 핵심 기능이자 기본적인 구성 요소입니다.

컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)는 연산을 수행하여 데이터를 조작하는 장치입니다.실제로는 거의 모든 컴퓨터가 스토리지 [1]: 468–473 계층을 사용하기 때문에 스토리지 계층을 CPU에 가깝게, 느리지만 덜 비싸고 더 큰 옵션을 더 멀리 배치합니다.일반적으로 빠른[a] 기술은 "메모리"라고 하는 반면 느린 영구 기술은 "스토리지"라고 합니다.

최초의 컴퓨터 설계찰스 배비지해석 엔진과 퍼시 러드게이트의 해석 기계는 처리와 메모리를 명확하게 구분했습니다(배비지는 숫자를 기어의 회전으로 저장하고 러드게이트는 숫자를 셔틀의 로드의 변위로 저장했습니다).이러한 구분은 폰 노이만 아키텍처에서 확장되었으며, CPU는 크게 두 부분으로 구성됩니다.제어 유닛 및 연산 논리 유닛(ALU).전자는 CPU와 메모리 사이의 데이터 흐름을 제어하고 후자는 데이터에 대한 산술 및 논리 연산을 수행합니다.

기능성

상당한 양의 메모리가 없다면, 컴퓨터는 단지 고정된 연산을 수행하고 결과를 즉시 출력할 수 있을 것입니다.동작을 변경하려면 재구성해야 합니다.는 데스크 계산기, 디지털 신호 처리기 및 기타 특수 장치와 같은 장치에서 사용할 수 있습니다. 노이만 기계는 작동 명령[1]: 20 데이터를 저장하는 메모리를 가지고 있다는 점에서 차이가 있습니다.이러한 컴퓨터는 새로운 프로그램마다 하드웨어를 재구성할 필요가 없고 단순히 새로운 인메모리 명령어로 재프로그램할 수 있다는 점에서 더 다용도적입니다. 또한 비교적 간단한 프로세서가 연속적인 계산 사이에 상태를 유지하여 복잡한 절차 결과를 축적할 수 있다는 점에서 설계가 더 간단합니다.대부분의 현대 컴퓨터는 폰 노이만 기계입니다.

데이터 조직 및 표현

현대의 디지털 컴퓨터는 이진수 체계를 사용하여 데이터를 표현합니다.텍스트, 숫자, 그림, 오디오 및 기타 거의 모든 형태의 정보를 비트열로 변환하거나 각각 0 또는 1의 값을 가지는 이진수로 변환할 수 있습니다.가장 일반적인 저장 단위는 8비트와 같은 바이트입니다.정보는 저장 공간이 정보의 이진법 표현을 수용할 수 있을 정도로 충분히 큰 컴퓨터나 장치에 의해 처리될 수 있습니다. 또는 처리될 수 있습니다.예를 들어, 약 1250 페이지가 인쇄된 셰익스피어의 전 작품은 문자 당 1바이트씩 5메가바이트(4천만 비트)로 저장될 수 있습니다.

데이터는 각 문자, 숫자 또는 멀티미디어 개체에 비트 패턴을 할당하여 인코딩됩니다.인코딩을 위한 많은 표준들이 존재합니다 (: ASCII같은 문자 인코딩, JPEG와 같은 이미지 인코딩, MPEG-4와 같은 비디오 인코딩).

각각의 인코딩된 유닛에 비트를 추가함으로써, 중복성은 컴퓨터가 코딩된 데이터의 오류를 탐지하고 수학적 알고리즘을 기반으로 수정할 수 있게 합니다.오류는 일반적으로 무작위 비트 값 뒤집기 또는 "물리적 비트 피로", 구별 가능한 값을 유지하는 기능의 저장소에 있는 물리적 비트의 손실(0 또는 1), 또는 컴퓨터 간 또는 컴퓨터 내 통신의 오류로 인해 낮은 확률에서 발생합니다.랜덤 비트 플립(예: 랜덤 방사선으로 인한)은 일반적으로 감지 시 수정됩니다.비트 또는 오작동하는 물리적 비트들의 그룹(특정 결함 비트는 항상 알려져 있지 않다; 그룹 정의는 특정 저장 장치에 의존한다)은 통상적으로 자동으로 펜스 아웃되고, 디바이스에 의해 사용되지 않게 제거되고, 디바이스에서 다른 작동 등가 그룹으로 대체되며,여기서 수정된 비트 값이 복원됩니다(가능한 경우).CRC(Cyclic Redundancy Check) 방법은 일반적으로 오류 검출을 위한 통신 및 저장에 사용됩니다.그런 다음 감지된 오류를 다시 시도합니다.

데이터 압축 방법은 많은 경우(데이터베이스 등) 비트열을 더 짧은 비트열("compress")로 표현하고 필요할 때 원래의 문자열("decompress")을 재구성할 수 있습니다.이를 통해 더 많은 계산 비용(필요한 경우 압축 및 압축 해제)으로 많은 유형의 데이터에 대한 스토리지(수십 퍼센트)를 훨씬 적게 활용할 수 있습니다.스토리지 비용 절감과 관련 계산 비용 절감, 그리고 데이터 가용성 지연 가능성 사이의 균형을 분석한 후 특정 데이터를 압축할지 여부를 결정합니다.

보안상의 이유로, 스토리지 스냅샷 덩어리에서 무단으로 정보를 재구성할 가능성을 방지하기 위해 특정 유형의 데이터(: 신용카드 정보)가 스토리지에 암호화되어 있을 수 있습니다.

스토리지 계층

중앙처리장치로부터의 거리에 따라 구분되는 다양한 형태의 저장장치.범용 컴퓨터의 기본 구성 요소는 산술논리 장치, 제어 회로, 저장 공간 및 입출력 장치입니다.2005년경 일반 가정용 컴퓨터에서와 같은 기술과 용량.

일반적으로 스토리지는 계층 구조가 낮을수록 대역폭이 줄어들고 CPU에서 액세스 지연 시간이 길어집니다.기존의 Primary, Secondary, Terrial 및 Off-line 스토리지로 구분된 스토리지는 비트당 비용을 기준으로 운영됩니다.

현재 사용되는 메모리는 일반적으로 반도체 스토리지 읽기-쓰기 랜덤 액세스 메모리, 일반적으로 DRAM(dynamic RAM) 또는 다른 형태의 빠르고 일시적인 스토리지입니다.스토리지는 CPU(2차 또는 3차 스토리지)가 직접 액세스할 수 없는 스토리지 장치와 해당 미디어, 일반적으로 하드 디스크 드라이브, 광 디스크 드라이브 및 RAM보다 느리지만 비휘발성(전원을 [2]끌 때 콘텐츠를 유지) 장치로 구성됩니다.

역사적으로 메모리는 기술에 따라 중앙 메모리, 코어 메모리, 코어 스토리지, 드럼, 메인 메모리, 실제 스토리지 또는 내장 메모리라고 불려왔습니다.한편, 더 느린 영구 저장 장치는 보조 스토리지, 외장 메모리 또는 보조/주변 스토리지로 지칭되어 왔습니다.

1차 저장소

일반적으로 단순히 메모리라고 불리는 주 스토리지(메인 메모리, 내장 메모리 또는 프라임 메모리라고도 함)는 CPU에 직접 액세스할 수 있는 유일한 스토리지입니다.CPU는 그 곳에 저장된 명령어를 계속해서 읽고 필요에 따라 실행합니다.능동적으로 작동하는 모든 데이터도 동일한 방식으로 저장됩니다.

역사적으로 초기 컴퓨터는 지연선, 윌리엄스 튜브 또는 회전하는 자기 드럼을 주요 저장고로 사용했습니다.1954년까지 신뢰할 수 없는 방법들은 대부분 마그네틱 코어 메모리로 대체되었습니다.코어 메모리는 집적 회로 기술의 발전으로 반도체 메모리가 경제적으로 경쟁력을 가질 수 있게 된 1970년대까지 지배적이었습니다.

이것은 현대 랜덤 액세스 메모리(Random-access memodern random-access memory.그것은 작은 크기에, 가볍지만, 동시에 꽤 비쌉니다.기본 스토리지에 사용되는 특정 유형의 RAM은 휘발성이 강하므로 전원이 공급되지 않으면 정보가 손실됩니다.열린 프로그램을 저장하는 것 외에도 읽기와 쓰기 성능을 향상시키는 디스크 캐시와 쓰기 버퍼의 역할을 합니다.운영 체제는 소프트웨어를 [3]실행하는 데 필요하지 않은 한 캐싱을 위한 RAM 용량을 빌립니다.예비 메모리는 임시 고속 데이터 저장을 위한 RAM 드라이브로 사용할 수 있습니다.

그림에서 볼 수 있듯이, 기존에는 주 스토리지의 하위 계층이 주 대용량 RAM 외에 두 개 더 있습니다.

  • 프로세서 레지스터는 프로세서 내부에 있습니다.각 레지스터에는 일반적으로 데이터의 단어(대개 32비트 또는 64비트)가 저장됩니다.CPU 명령어는 산술 로직 유닛에 이 데이터에 대한 다양한 계산 또는 기타 연산을 수행하도록 지시합니다(또는 그 도움으로).레지스터는 모든 형태의 컴퓨터 데이터 저장소 중에서 가장 빠릅니다.
  • 프로세서 캐시는 초고속 레지스터와 훨씬 느린 메인 메모리의 중간 단계입니다.이것은 오로지 컴퓨터의 성능을 향상시키기 위해서 도입되었습니다.메인 메모리에서 가장 활발하게 사용되는 정보는 캐시 메모리에서 복제될 뿐이며, 이는 더 빠르지만 용량은 훨씬 적습니다.반면 메인 메모리는 프로세서 레지스터보다 훨씬 느리지만 저장 용량은 훨씬 큽니다.기본 캐시는 가장 작고, 가장 빠르고, 프로세서 내부에 위치하며, 보조 캐시는 약간 더 크고 느린 멀티 레벨 계층적 캐시 설정도 일반적으로 사용됩니다.

메인 메모리는 메모리 버스를 통해 중앙 처리 장치에 직접 또는 간접적으로 연결됩니다.그것은 실제로 주소 버스와 데이터 버스, 두 대의 버스가 있습니다.CPU는 먼저 데이터의 원하는 위치를 나타내는 메모리 주소라고 하는 주소 버스를 통해 번호를 전송합니다.그런 다음 데이터 버스를 사용하여 메모리 셀에 데이터를 읽거나 씁니다.또한 MMU(Memory Management Unit)는 CPU와 RAM 사이에 있는 작은 장치로, 예를 들어 가상 메모리나 기타 작업의 추상화를 제공하기 위해 실제 메모리 주소를 재계산합니다.

기본 스토리지에 사용되는 RAM 유형이 휘발성이기 때문에(시작 시 초기화되지 않음), 이러한 스토리지만 포함된 컴퓨터에는 컴퓨터를 시작하기 위해 명령을 읽을 소스가 없습니다.따라서 소형 BIOS(bootstrapping program)를 포함하는 비휘발성 1차 저장소는 컴퓨터를 부트스트랩(bootstrap)하기 위해, 즉 비휘발성 2차 저장소에서 RAM으로 더 큰 프로그램을 읽고 실행을 시작하는 데 사용됩니다.이러한 목적으로 사용되는 비휘발성 기술을 읽기 전용 메모리(대부분의 ROM 유형이 랜덤 액세스도 가능하므로 용어가 다소 혼란스러울 수 있음)라고 합니다.

많은 유형의 "ROM"은 업데이트가 가능하기 때문에 문자 그대로 읽기만 하는 것이 아닙니다. 그러나 속도가 느리고 메모리를 다시 쓰기 전에 많은 부분을 삭제해야 합니다.일부 임베디드 시스템은 ROM에서 직접(또는 유사한) 프로그램을 실행하는데, 이는 이러한 프로그램이 거의 변경되지 않기 때문입니다.표준 컴퓨터는 기본적이지 않은 프로그램을 ROM에 저장하지 않고, 비휘발성이면서 비용이 많이 들지 않는 대용량의 보조 스토리지를 사용합니다.

최근 일부 용도에서 Primary 스토리지와 Secondary 스토리지는 각각 역사적으로 Secondary 스토리지와 Secondary [4]스토리지라고 불렸던 것을 의미합니다.

이차저장고

보호 커버가 제거된 하드 디스크 드라이브(HDD)

보조 스토리지(외부 메모리 또는 보조 스토리지라고도 함)는 CPU가 직접 액세스할 수 없다는 점에서 기본 스토리지와 다릅니다.컴퓨터는 대개 입출력 채널을 사용하여 보조 저장소에 액세스하고 원하는 데이터를 기본 저장소로 전송합니다.보조 스토리지는 비휘발성(전원이 차단되었을 때 데이터를 보존)입니다.현대의 컴퓨터 시스템은 일반적으로 보조 스토리지가 기본 스토리지보다 두 배나 더 많습니다. 보조 스토리지는 비용이 적게 들기 때문입니다.

현대의 컴퓨터에서는 일반적으로 하드 디스크 드라이브(HDD) 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)가 보조 스토리지로 사용됩니다.HDD 또는 SSD의 바이트당 액세스 시간은 일반적으로 밀리초(수천 분의 1초) 단위로 측정되며, 기본 스토리지의 바이트당 액세스 시간은 나노초(수십억 분의 1초) 단위로 측정됩니다.따라서 2차 스토리지는 1차 스토리지보다 훨씬 느립니다.CD 및 DVD 드라이브와 같은 회전하는 광 저장 장치는 훨씬 더 긴 액세스 시간을 가집니다.보조 스토리지 기술의 다른 예로는 USB 플래시 드라이브, 플로피 디스크, 마그네틱 테이프, 종이 테이프, 천공 카드, RAM 디스크 등이 있습니다.

HDD의 디스크 읽기/쓰기 헤드가 적절한 배치와 데이터에 도달하면 트랙의 후속 데이터에 매우 빠르게 액세스할 수 있습니다.탐색 시간과 회전 지연 시간을 줄이기 위해 데이터가 큰 연속 블록의 디스크와 전송됩니다.디스크의 순차적 또는 블록 액세스는 랜덤 액세스보다 훨씬 빠르며, 순차적 및 블록 액세스를 기반으로 효율적인 알고리즘을 설계하기 위한 정교한 패러다임이 많이 개발되었습니다.I/O 병목 현상을 줄이는 또 다른 방법은 기본 메모리와 보조 메모리 [5]간의 대역폭을 늘리기 위해 여러 개의 디스크를 병렬로 사용하는 것입니다.

보조 스토리지는 일반적으로 파일 시스템 형식에 따라 포맷되는 경우가 많은데, 이는 데이터를 파일 및 디렉토리로 구성하는 데 필요한 추상화를 제공하는 동시에 특정 파일의 소유자, 액세스 시간, 액세스 권한 및 기타 정보를 나타내는 메타데이터를 제공합니다.

대부분의 컴퓨터 운영 체제는 가상 메모리라는 개념을 사용하므로 시스템에서 물리적으로 사용할 수 있는 것보다 더 많은 기본 스토리지 용량을 사용할 수 있습니다.기본 메모리가 채워지면 시스템은 가장 적게 사용되는 청크(페이지)를 보조 스토리지의 스왑 파일 또는 페이지 파일로 이동하여 나중에 필요할 때 검색합니다.많은 페이지를 느린 보조 스토리지로 이동하면 시스템 성능이 저하됩니다.

3차 저장소

테이프 카트리지가 앞쪽 선반에 놓여 있고 뒤쪽으로 로봇 팔이 움직이는 대형 테이프 라이브러리.도서관의 눈에 보이는 높이는 약 180cm입니다.

3차 스토리지 또는 3차[6] 메모리는 2차 스토리지보다 낮은 수준입니다.일반적으로 시스템의 요구에 따라 이동식 대용량 저장 매체를 저장 장치에 장착(삽입)하고 분리하는 로봇 메커니즘이 포함됩니다. 이러한 데이터는 사용 전에 보조 저장소로 복사되는 경우가 많습니다.보조 스토리지보다 훨씬 느리기 때문에(예: 5~60초 대 1~10밀리초) 거의 액세스되지 않는 정보를 아카이빙하는 데 주로 사용됩니다.이것은 주로 인간 운영자 없이 접근하는, 엄청나게 큰 데이터 저장소에 유용합니다.대표적인 예로 테이프 라이브러리와 광학 주크박스있습니다.

컴퓨터가 3차 저장소에서 정보를 읽어야 할 경우 먼저 카탈로그 데이터베이스를 참조하여 정보가 포함된 테이프 또는 디스크를 확인합니다.다음으로, 컴퓨터는 로봇 팔에 미디어를 가져와 드라이브에 놓으라고 지시할 것입니다.컴퓨터가 정보 읽기를 마치면 로봇 암이 미디어를 라이브러리의 위치로 반환합니다.

3차 스토리지는 "온라인에 가깝기 때문에" 니어라인 스토리지라고도 합니다.온라인, 니어라인 및 오프라인 스토리지의 공식적인 구분은 다음과 같습니다.[7]

  • I/O를 위해 온라인 스토리지를 즉시 사용할 수 있습니다.
  • 니어라인 스토리지는 즉시 사용할 수 없지만, 사람의 개입 없이 온라인으로 빠르게 만들 수 있습니다.
  • 오프라인 저장소는 즉시 사용할 수 없으며 온라인 상태가 되기 위해서는 사람의 개입이 필요합니다.

예를 들어 상시 작동하는 회전 하드 디스크 드라이브는 온라인 스토리지인 반면, 유휴 디스크의 대규모 어레이(MAID)와 같이 자동으로 회전이 중단되는 회전 드라이브는 니어라인 스토리지입니다.테이프 라이브러리에서와 같이 자동으로 로드할 수 있는 테이프 카트리지와 같은 이동식 미디어는 니어라인 저장소인 반면 수동으로 로드해야 하는 테이프 카트리지는 오프라인 저장소입니다.

오프라인 보관

오프라인 저장소는 처리 [8]장치의 제어를 받지 않는 매체 또는 장치의 컴퓨터 데이터 저장소입니다.매체는 일반적으로 2차 또는 3차 저장 장치에 기록된 후 물리적으로 제거되거나 연결이 끊어집니다.컴퓨터가 다시 액세스하기 전에 사람이 삽입하거나 연결해야 합니다.3차 저장소와는 달리, 사람의 상호작용 없이는 접근할 수 없습니다.

분리된 매체를 물리적으로 쉽게 운반할 수 있기 때문에 정보를 전달하기 위해 오프라인 저장을 사용합니다.또한 화재로 인해 원본 데이터가 파괴되고 원격지에 있는 미디어가 영향을 받지 않아 재해 복구가 가능한 재해의 경우에도 유용합니다.오프라인 스토리지는 컴퓨터에서 물리적으로 접근할 수 없기 때문에 일반적인 정보 보안을 강화하며, 데이터 기밀성이나 무결성은 컴퓨터 기반 공격 기법에 영향을 받을 수 없습니다.또한 보관 목적으로 저장된 정보에 거의 접근하지 못할 경우 오프라인 스토리지가 3차 스토리지보다 저렴합니다.

현대의 개인용 컴퓨터에서는 대부분의 2차 및 3차 저장 매체가 오프라인 저장에도 사용됩니다.광 디스크와 플래시 메모리 장치가 가장 대중적이며 이동식 하드 디스크 드라이브가 훨씬 적습니다. 오래된 예로는 플로피 디스크와 Zip 디스크가 있습니다.기업용에서는 마그네틱 테이프 카트리지가 주를 이룹니다. 오래된 예로는 오픈 릴 마그네틱 테이프와 천공 카드가 있습니다.

보관 특성

노트북 DDR2 의 1 GiB 모듈

스토리지 계층의 모든 수준에서 스토리지 기술은 특정 핵심 특성을 평가하고 특정 구현에 특정한 특성을 측정함으로써 구별될 수 있습니다.이러한 핵심 특성은 변동성, 변동성, 접근성 및 주소 지정성입니다.스토리지 기술을 특정하게 구현할 경우 측정할 가치가 있는 특성은 용량과 성능입니다.

개요
특성. 하드 디스크 드라이브 옵티컬 디스크 플래시 메모리 랜덤 액세스 메모리 선형 테이프 오픈
테크놀러지 자기 디스크 레이저빔 반도체 마그네틱 테이프
변동성 아니요. 아니요. 아니요. 휘발성 아니요.
랜덤 액세스 네. 네. 네. 네. 아니요.
대기시간(접속시간) ~15ms(초) ~150ms(초) 없음(즉시) 없음(즉시) 랜덤 액세스 부족(매우 느림)
컨트롤러 내부의 외부의 내부의 내부의 외부의
데이터 손실이 임박한 장애 헤드 크래시 회로
오류감지 진단 (S.M.A.R.T) 오차율측정 전송률의 하락 폭으로 나타남 (단기보관) 알 수 없는
공간당가격 낮은 낮은 높은 아주 높음 매우 낮음(그러나 값비싼 드라이브)
대당가격 적당한. 낮은 적당한. 높은 보통 수준의 드라이브(고가 드라이브)
주응용 중기 아카이브, 정기 백업, 서버, 워크스테이션 스토리지 확장 장기 아카이브, 하드 카피 배포 휴대용 전자기기; 운영체제 실시간 장기 아카이브

변동성

비휘발성 메모리는 지속적으로 전원이 공급되지 않더라도 저장된 정보를 유지합니다.이것은 장기적인 정보 저장에 적합합니다.휘발성 메모리는 저장된 정보를 유지하기 위해 일정한 전력을 필요로 합니다.가장 빠른 메모리 기술은 휘발성 기술이지만 보편적인 규칙은 아닙니다.Primary 스토리지는 매우 빠른 속도가 요구되기 때문에 휘발성 메모리를 주로 사용합니다.

동적 랜덤 액세스 메모리는 저장된 정보를 주기적으로 다시 읽고 다시 쓰거나 새로 고쳐야 하는 휘발성 메모리의 한 형태입니다. 그렇지 않으면 사라집니다.정적 랜덤 액세스 메모리는 DRAM과 유사한 휘발성 메모리의 한 형태로 전원이 공급되지 않는 한 새로고침할 필요가 없으며 전원 공급이 중단되면 콘텐츠가 손실됩니다.

UPS(무정전 전원 공급 장치)를 사용하면 배터리가 소진되기 전에 컴퓨터에 1차 휘발성 저장소에서 비휘발성 저장소로 정보를 이동할 수 있는 짧은 시간을 제공할 수 있습니다.EMC Symmetrix와 같은 일부 시스템에는 휘발성 스토리지를 몇 분 동안 유지하는 통합 배터리가 있습니다.

변이성

읽기/쓰기 스토리지 또는 가변 스토리지
언제든지 정보를 덮어쓸 수 있습니다.기본 스토리지를 위한 읽기/쓰기 스토리지가 어느 정도 없는 컴퓨터는 많은 작업에 소용이 없을 것입니다.현대의 컴퓨터는 일반적으로 읽기/쓰기 스토리지를 2차 스토리지에도 사용합니다.
쓰기 속도가 느리고 읽기 속도
읽기/쓰기 스토리지: 정보를 여러 번 덮어쓸 수 있지만 쓰기 작업은 읽기 작업보다 훨씬 느립니다.예를 들면 CD-RW, SSD 등이 있습니다.
저장소 한 번 쓰기
WORM(Write Once Read Many)을 사용하면 제조 후 특정 시점에 한 번만 정보를 쓸 수 있습니다.반도체 프로그래밍 가능 읽기 전용 메모리와 CD-R 등이 그 예입니다.
읽기 전용 저장소
제조 시 저장된 정보를 보관합니다.마스크 ROMIC, CD-ROM 이 그 예입니다.

접근성

랜덤 액세스
스토리지의 모든 위치에 거의 동일한 시간 내에 언제든지 액세스할 수 있습니다.이러한 특성은 1차 및 2차 스토리지에 적합합니다.대부분의 반도체 메모리, 플래시 메모리 및 하드 디스크 드라이브는 랜덤 액세스를 제공하지만 반도체 및 플래시 메모리 모두 하드 디스크 드라이브와 비교할 때 지연 시간이 최소이므로 기계적 부품을 이동할 필요가 없습니다.
순차 접근
정보에 액세스하는 시간은 일련의 순서로 이루어집니다. 따라서 특정 정보에 액세스하는 시간은 마지막으로 액세스한 정보에 따라 달라집니다.이러한 특성은 오프라인 스토리지의 대표적인 특성입니다.

주소지명성

위치 주소 지정 가능
스토리지에서 개별적으로 액세스할 수 있는 각 정보 단위는 숫자 메모리 주소로 선택됩니다.현대의 컴퓨터에서 위치 주소 지정 스토리지는 일반적으로 컴퓨터 프로그램에 의해 내부적으로 액세스되는 주 스토리지로 제한됩니다. 위치 주소 지정은 매우 효율적이지만 사람에게는 부담스러운 일이기 때문입니다.
파일 주소 지정 가능
정보는 가변 길이의 파일로 구분되며, 특정 파일은 사람이 읽을 수 있는 디렉토리와 파일 이름으로 선택됩니다.기본 장치는 여전히 위치 주소 지정이 가능하지만 컴퓨터의 운영 체제는 작업을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 파일 시스템 추상화를 제공합니다.현대의 컴퓨터에서 2차, 3차, 오프라인 스토리지는 파일 시스템을 사용합니다.
컨텐츠 주소 지정 가능
개별적으로 접근 가능한 각 단위의 정보는 저장된 내용(일부)에 근거하여 선택됩니다.컨텐츠 주소 지정이 가능한 스토리지는 소프트웨어(컴퓨터 프로그램) 또는 하드웨어(컴퓨터 장치)를 사용하여 구현할 수 있으며, 하드웨어는 더 빠르지만 더 비싼 옵션입니다.하드웨어 콘텐츠 주소 지정 메모리는 컴퓨터의 CPU 캐시에 자주 사용됩니다.

용량.

원시용량
저장 장치 또는 매체가 보유할 수 있는 저장된 정보의 총 양입니다.비트 또는 바이트(예: 10.4 메가바이트)의 양으로 표현됩니다.
메모리 저장밀도
저장된 정보의 압축성.길이, 면적 또는 부피 단위(예: 제곱 인치당 1.2 메가바이트)로 나눈 매체의 저장 용량입니다.

성능

레이턴시
스토리지의 특정 위치에 액세스하는 데 걸리는 시간입니다.해당 측정 단위일반적으로 1차 스토리지의 경우 나노초, 2차 스토리지의 경우 밀리초, 3차 스토리지의 경우 2초입니다.읽기 지연 시간과 쓰기 지연 시간(특히 비휘발성 메모리의 경우)을 구분하고 순차적 액세스 스토리지의 경우 최소, 최대 및 평균 지연 시간을 구분하는 것이 합리적일 수 있습니다.
처리량
스토리지에서 정보를 읽거나 쓸 수 있는 속도입니다.컴퓨터 데이터 스토리지에서 처리량은 일반적으로 초당 메가바이트(MB/s)로 표시되지만 비트 전송률도 사용될 수 있습니다.대기 시간과 마찬가지로 읽기 속도와 쓰기 속도를 구분해야 할 수도 있습니다.또한 랜덤이 아닌 미디어에 순차적으로 액세스하면 일반적으로 최대 처리량을 얻을 수 있습니다.
과립도
추가 대기 시간 없이 단일 장치로 효율적으로 액세스할 수 있는 가장 큰 "청크" 데이터 크기입니다.
신뢰성.
다양한 조건 또는 전체 실패율에서 비트 값이 자발적으로 변경될 확률입니다.

리눅스에서 IO 성능을 측정하는 데 hdparm과 sar와 같은 유틸리티를 사용할 수 있습니다.

에너지사용량

  • 팬 사용량을 줄이는 저장 장치는 작동하지 않는 동안 자동으로 종료되며, 저전력 하드 드라이브는 에너지 사용량을 90%[9][10]까지 줄일 수 있습니다.
  • 2.5인치 하드 디스크 드라이브는 큰 [11][12]드라이브보다 전력 소모량이 적습니다.저용량 솔리드 스테이트 드라이브는 하드 [13][14][15]디스크보다 가동 부품이 없고 전력 소모량이 적습니다.또한 메모리는 [15]하드디스크보다 더 많은 전력을 사용할 수 있습니다.메모리 벽에 부딪히는 것을 피하기 위해 사용되는 대용량 캐시도 많은 양의 전력을 소비할 수 있습니다.

보안.

전체 디스크 암호화, 볼륨가상 디스크 암호화, 파일/폴더 암호화는 대부분의 스토리지 [16]장치에서 쉽게 사용할 수 있습니다.

하드웨어 메모리 암호화는 인텔 아키텍처에서 사용할 수 있으며, TME(Total Memory Encryption)와 MKTE(Page Granular Memory Encryption)[17][18]를 지원하며, 2015년 [19]10월부터 SPARC M7 세대에서 사용할 수 있습니다.

취약성 및 신뢰성

S.M.A.R.T. 소프트웨어 경고는 하드 드라이브에 장애가 임박했음을 나타냅니다.

서로 다른 유형의 데이터 저장소에는 서로 다른 고장 지점과 다양한 예측 고장 분석 방법이 있습니다.

기계식 하드 드라이브의 헤드 크래시(head crash)와 플래시 스토리지의 전자 부품의 고장이 즉각적인 손실로 이어질 수 있는 취약성입니다.

오류감지

DVD+R에서 오류율 측정.사소한 오류는 수정할 수 있으며 정상 범위 내에서 수정할 수 있습니다.

하드 디스크 드라이브에서 임박한 장애는 작동 시간과 스핀업 횟수가 포함된 S.M.A.R.T. 진단 데이터를 사용하여 추정할 수 있지만, 신뢰성에 대해서는 [20]논란이 있습니다.

플래시 스토리지는 누적된 오류로 인해 전송 속도가 저하될 수 있으며 플래시 메모리 컨트롤러는 이를 수정하려고 시도합니다.

광학 매체의 상태는 수정 가능한 사소한 오류를 측정하여 결정할 수 있으며, 이 오류의 수치가 높으면 품질 저하 및/또는 저품질 매체를 의미합니다.사소한 오류가 너무 많으면 데이터가 손상될 수 있습니다.광학 드라이브의 모든 공급업체와 모델이 오류 [21]검사를 지원하는 것은 아닙니다.

저장매체

2011년 현재 가장 일반적으로 사용되는 데이터 저장 매체는 반도체, 자기 및 광학이며, 종이는 여전히 사용이 제한되어 있습니다.AFA(All-Flash Array)와 같은 다른 기본적인 스토리지 기술을 개발할 것을 제안합니다.

반도체

반도체 메모리는 반도체 기반 집적 회로(IC) 칩을 사용하여 정보를 저장합니다.데이터는 일반적으로 MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 메모리 에 저장됩니다.반도체 메모리 칩은 작은 MOS 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 및/또는 MOS 커패시터로 구성된 수백만 개의 메모리 셀을 포함할 수 있습니다.전자는 표준 MOSFET을 사용하고 후자는 플로팅 게이트 MOSFET을 사용하는 휘발성 및 비휘발성 형태의 반도체 메모리가 모두 존재합니다.

현대의 컴퓨터에서, 프라이머리 스토리지는 거의 독점적으로 동적 휘발성 반도체 랜덤 액세스 메모리(RAM), 특히 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM)로 구성되며, 세기의 전환 이후,플래시 메모리(flash memory)는 가정용 컴퓨터의 오프라인 스토리지로서 꾸준히 점유율을 높여온 비휘발성 플로팅 게이트 반도체 메모리의 한 종류입니다.비휘발성 반도체 메모리는 또한 다양한 첨단 전자 장치 및 이를 위해 설계된 특수 컴퓨터에서 2차 저장을 위해 사용됩니다.

2006년 초에 노트북데스크톱 컴퓨터 제조업체들은 플래시 기반 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)를 [22][23][24][25][26]기존 HDD와 함께 또는 대신 보조 스토리지의 기본 구성 옵션으로 사용하기 시작했습니다.

마그네틱

자기 저장 장치는 자기로 코팅된 표면에 다양한 자화 패턴을 사용하여 정보를 저장합니다.자기 저장은 비휘발성입니다.하나 이상의 기록 변환기를 포함할 수 있는 하나 이상의 읽기/쓰기 헤드를 사용하여 정보에 액세스합니다.읽기/쓰기 헤드는 데이터에 액세스하기 위해 헤드나 매체 또는 둘 다를 다른 쪽으로 이동해야 하는 표면의 일부만 덮습니다.현대의 컴퓨터에서 마그네틱 스토리지는 다음과 같은 형태를 취할 것입니다.

초기 컴퓨터에서 마그네틱 스토리지는 다음과 같이 사용되기도 했습니다.

자기장을 변경하면 물리적 마모가 발생하지 않기 때문에 자기 저장은 플래시 저장 및 다시 쓰기가 가능한 광학 매체와 같이 다시 쓰기 주기에 제한이 없습니다.오히려 그들의 수명은 기계 [27][28]부품에 의해 제한됩니다.

옵티컬

대표적인 광학 디스크인 광학 스토리지는 원형 디스크 표면에 변형된 정보를 저장하고 레이저 다이오드로 표면을 비추고 반사를 관찰하여 정보를 읽어냅니다.광 디스크 스토리지는 비휘발성입니다.변형은 영구적(읽기 전용 매체)이거나, 한 번 형성(매체에 한 번 쓰기)이거나, 가역적(기록 가능 또는 읽기/쓰기 매체)일 수 있습니다.2009년 [29]현재 일반적으로 사용되는 형태는 다음과 같습니다.

  • CD, CD-ROM, DVD, BD-ROM: Read only storage, 디지털 정보(음악, 비디오, 컴퓨터 프로그램)의 대량 유통에 사용
  • CD-R, DVD-R, DVD+R, BD-R: 저장 시 한 번 쓰기, 3차 및 오프라인 저장에 사용;
  • CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM, BD-RE: 느린 쓰기, 빠른 읽기 저장, 3차 및 오프라인 저장에 사용됨;
  • 울트라 밀도 옵티컬(Ultra Density Optical) 또는 UDO는 BD-R 또는 BD-RE와 용량이 비슷하며 쓰기 속도가 느리고 읽기 속도가 빠른 스토리지로 3차 및 오프라인 스토리지에 사용됩니다.

자기 광학 디스크 스토리지는 강자성 표면의 자기 상태가 정보를 저장하는 광학 디스크 스토리지입니다.정보는 광학적으로 읽고 자기적 방법과 광학적 방법을 결합하여 작성됩니다.광 자기 디스크 스토리지는 비휘발성, 순차적 액세스, 느린 쓰기, 빠른 읽기 스토리지로 3차 및 오프라인 스토리지에 사용됩니다.

3D데이터 스토리지도 제안되고 있습니다.

자기광전도체에서의 광유도 자화 용융은 또한 고속 저에너지 소비 자기광학 [30]저장을 위해 제안되었습니다.

종이.

일반적으로 종이 테이프 또는 천공 카드 형태종이 데이터 저장소는, 특히 범용 컴퓨터가 존재하기 이전부터, 자동 처리를 위한 정보를 저장하기 위해 오랫동안 사용되어 왔습니다.정보는 종이 또는 판지 매체에 구멍을 뚫어서 기록되었으며 매체의 특정 위치가 견고한지 또는 구멍을 포함하고 있는지를 판단하기 위해 기계적으로(또는 나중에 광학적으로) 판독되었습니다.바코드는 판매되거나 운송되는 물체가 컴퓨터로 읽을 수 있는 정보를 안전하게 부착할 수 있도록 합니다.

일반적으로 종이의 수명이 자기 데이터 [31][32]스토리지의 수명을 초과하기 때문에 (다른 디지털 데이터 스토리지에 비해) 상대적으로 적은 양의 디지털 데이터를 매우 장기적인 스토리지를 위한 매트릭스 바코드로 종이에 백업할 수도 있습니다.

기타 저장 매체 또는 기판

진공관 메모리
Williams 튜브음극선 튜브를 사용했고 Selectron 튜브는 정보를 저장하기 위해 큰 진공 튜브를 사용했습니다.Williams 튜브는 신뢰성이 떨어지고 Selectron 튜브는 고가이기 때문에 이러한 주요 저장 장치는 시장에서 수명이 짧았습니다.
전기음향 메모리
지연선 메모리는 정보를 저장하기 위해 수은과 같은 물질에 음파를 사용했습니다.지연 라인 메모리는 동적 휘발성이며, 순차적 읽기/쓰기 스토리지를 주기적으로 사용하였으며, 기본 스토리지에 사용되었습니다.
광테이프
는 일반적으로 길고 좁은 플라스틱 스트립으로 구성된 광학 저장 매체로 패턴을 쓸 수 있고 패턴을 다시 읽을 수 있습니다.시네마 필름 스톡 및 광 디스크와 일부 기술을 공유하지만 둘 다 호환되지 않습니다.이 기술을 개발하게 된 동기는 자기 테이프나 광 디스크보다 훨씬 더 큰 저장 용량을 가질 수 있기 때문입니다.
상변화 메모리
상변화 물질의 다양한 기계적 위상을 사용하여 X-Y 어드레싱 가능한 행렬에 정보를 저장하고 물질의 다양한 전기 저항을 관찰하여 정보를 읽습니다.상변화 메모리는 비휘발성 랜덤 액세스 읽기/쓰기 스토리지이며, 1차, 2차, 오프라인 스토리지에 사용될 수 있습니다.대부분의 다시 쓰기가 가능하고 한 번 쓰기가 가능한 광 디스크는 이미 상변화 물질을 사용하여 정보를 저장합니다.
홀로그래픽 데이터 저장소
크리스탈이나 광중합체 에 광학적으로 정보를 저장합니다.홀로그래픽 스토리지는 적은 수의 표면층으로 제한되는 광디스크 스토리지와 달리 저장매체의 전체 부피를 활용할 수 있습니다.홀로그래픽 스토리지는 비휘발성, 순차 접근성, 쓰기-온시(write-once) 또는 읽기/쓰기(read/write) 스토리지일 것입니다.보조 및 오프라인 저장에 사용될 수도 있습니다.홀로그래픽 다용도 디스크(HVD) 참조.
분자기억
정보를 전하를 저장할 수 있는 폴리머에 저장합니다.분자 메모리는 주 스토리지에 특히 적합할 수 있습니다.분자 메모리의 이론적 저장 용량은 제곱 인치당 10 테라비트(16 Gbit/mm2)[33]입니다.
자기광전도체
저조도 [30]조명에 의해 수정될 수 있는 자기 정보를 저장합니다.
디엔에이
DNA 뉴클레오티드에 정보를 저장합니다.그것은 연구원들이 DNA 1g당 1.28 페타바이트의 비율을 달성했던 2012년에 처음 이루어졌습니다.2017년 3월, 과학자들은 DNA 분수라고 불리는 새로운 알고리즘이 이론적 한계의 85%를 달성했다고 보고했습니다.[34][35][36][37]

관련기술

중복성

오류 탐지 및 수정 메커니즘(위 참조)을 통해 비트 그룹의 오작동을 해결할 수 있지만, 스토리지 장치의 오작동은 다른 솔루션을 필요로 합니다.다음 솔루션은 일반적으로 사용되며 대부분의 스토리지 장치에 유효합니다.

  • 장치 미러링(복제) – 이 문제에 대한 일반적인 해결책은 다른 장치(일반적으로 동일한 유형)에서 장치 컨텐츠의 동일한 복사본을 지속적으로 유지하는 입니다.단점은 스토리지가 두 배로 늘어나기 때문에 두 장치(복사본)를 동시에 업데이트해야 하고 오버헤드가 발생하거나 지연될 수도 있다는 것입니다.두 개의 독립적인 프로세스를 통해 동일한 데이터 그룹을 동시에 읽을 수 있으므로 성능이 향상됩니다.복제된 장치 중 하나가 결함이 있는 것으로 감지되면 다른 복사본은 계속 작동 중이며 다른 장치에서 새 복사본을 생성하는 데 사용되고 있습니다(일반적으로 이 목적을 위해 대기 장치 풀에서 작동 가능).
  • RAID(Redundant Array of Independent Disk) – 이 방법은 n개의 장치 그룹에서 하나의 장치가 장애를 일으켜 컨텐츠가 복원된 상태로 교체되도록 허용함으로써 위의 장치 미러링을 일반화합니다(장치 미러링은 RAID이며 n=2).n=5 또는 n=6RAID 그룹은 일반적입니다.n>2는 n=2와 비교할 때 정기적인 작동(종종 성능 저하)과 결함이 있는 장치 교체 시 더 많은 처리 비용으로 스토리지를 절약합니다.

장치 미러링 및 일반적인 RAID는 RAID 장치 그룹의 단일 장치 장애를 처리하도록 설계되었습니다.그러나 RAID 그룹이 첫 번째 장애로부터 완전히 복구되기 전에 두 번째 장애가 발생하면 데이터가 손실될 수 있습니다.일반적으로 단일 고장 확률은 작습니다.따라서 동일한 RAID 그룹에서 시간 근접성으로 두 번의 장애가 발생할 확률은 훨씬 더 작습니다(대략 확률 제곱, 즉 자체에 곱하기).데이터베이스가 이러한 작은 데이터 손실 가능성도 허용할 수 없는 경우 RAID 그룹 자체가 복제(미러링)됩니다.많은 경우 이러한 미러링은 지리적으로 원격으로, 다른 스토리지 어레이에서 수행되어 재해로부터의 복구도 처리합니다(위의 재해 복구 참조).

네트워크 연결

2차 또는 3차 저장소는 컴퓨터 네트워크를 이용하여 컴퓨터에 연결될 수 있습니다.이 개념은 여러 프로세서 간에 보다 적은 정도로 공유되는 Primary 스토리지와는 관련이 없습니다.

  • DAS(Direct Attached Storage)는 네트워크를 사용하지 않는 전통적인 대용량 스토리지입니다.이 방법은 여전히 가장 일반적인 방법입니다.이 레트로닉 용어는 최근 NAS 및 SAN과 함께 만들어졌습니다.
  • NAS(Network Attached Storage)는 컴퓨터에 연결된 대용량 스토리지로, 다른 컴퓨터가 근거리 네트워크, 사설 광역 네트워크를 통해 파일 수준으로 액세스하거나 온라인 파일 저장의 경우 인터넷을 통해 액세스할 수 있습니다.NAS는 일반적으로 NFS 및 CIFS/SMB 프로토콜과 연결됩니다.
  • SAN(Storage Area Network)은 다른 컴퓨터에 스토리지 용량을 제공하는 전문 네트워크입니다.NAS와 SAN의 중요한 차이점은 NAS가 클라이언트 컴퓨터에 파일 시스템을 제공하고 관리하는 반면, SAN은 블록 어드레싱(원시) 수준의 액세스를 제공하여 제공된 용량 내에서 데이터 또는 파일 시스템을 관리하기 위한 연결 시스템에 맡긴다는 것입니다.SAN은 일반적으로 파이버 채널 네트워크와 연결됩니다.

로보틱 저장소

로봇 3차 저장 장치에는 많은 양의 개별 마그네틱 테이프와 광학 또는 마그네틱 광학 디스크가 저장될 수 있습니다.테이프 저장 분야에서는 테이프 라이브러리, 광 저장 분야에서는 광 주크박스 또는 광 디스크 라이브러리로 알려져 있습니다.드라이브 장치를 하나만 포함하는 기술의 가장 작은 형태를 오토로더 또는 오토체인저라고 합니다.

로봇 액세스 저장 장치에는 여러 개의 슬롯이 있을 수 있으며, 각 슬롯에는 개별 미디어가 저장되어 있으며, 대개 슬롯을 통과하여 내장 드라이브에 미디어를 로드하는 하나 이상의 피킹 로봇이 있습니다.슬롯과 피킹 장치의 배치는 성능에 영향을 미칩니다.이러한 스토리지의 중요한 특성은 슬롯, 모듈, 드라이브, 로봇 추가와 같은 확장 옵션입니다.테이프 라이브러리에는 10개에서 100,000개 이상의 슬롯이 있을 수 있으며 테라바이트 또는 페타바이트의 니어라인 정보를 제공합니다.광학 주크박스는 최대 1,000 슬롯의 다소 작은 솔루션입니다.

로보틱 스토리지는 백업 영상, 의료 및 비디오 산업의 대용량 아카이브를 위해 사용됩니다.계층적 스토리지 관리는 오랫동안 사용하지 않았던 파일을 빠른 하드 디스크 스토리지에서 라이브러리 또는 주크박스로 자동 마이그레이션하는 가장 잘 알려진 아카이빙 전략입니다.파일이 필요한 경우 디스크로 다시 검색됩니다.

참고 항목

기본 스토리지 항목

2차, 3차 및 오프라인 스토리지 주제

데이터 저장 컨퍼런스

메모들

  1. ^ 대부분의 현대 컴퓨터는 휘발성 기술(전원이 꺼져 있으면 데이터가 손실됨)을 사용합니다. 초기 컴퓨터는 휘발성 기술과 영구적 기술을 모두 사용했습니다.

참고문헌

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