[TIL]HDD와 SSD, DRAM

#HDD와 SSD

1.개요

HDD(Hard Disk Drive)는 플래터(platter)라는 자성체로 코팅된 회전 디스크에
마그네틱 헤드가 움직이며 데이터를 저장한다.
헤드는 플래터 표면의 작은 영역 내에서 움직이며 데이터를 저장하고,
플래터는 빠르게 회전하여 헤드가 데이터를 읽을 수 있게 한다.

SSD(Solid Disk Drive)는 반도체를 이용한 정보 저장 장치이다.
일반 소비자용 SSD는 비휘발성인 플래시 드라이브를 사용하여 제조되어 전원이 꺼져도 데이터가 보존된다.
이러한 SSD는 작은 DRAM을 캐시로 사용한다.

DRAM은 RAM의 한 종류로, 각 분리된 capacitor에 bit를 저장하는 휘발성 기억 장치이다.
누전으로 인한 데이터 휘발을 방지하기 위해 일정 시간마다 내용을 재생시켜야 하고,
이러한 동작 때문에 Dynamic RAM이라는 명칭이 주어졌다.

2. 비교

HDD는 디스크에 기록된 자료를 읽기 위해 반드시 헤드가 물리적으로 데이터 위치까지 이동해야 한다.
이 때문에 지연 시간의 하한선(약 10ms)이 존재하고,
데이터가 플래터에 위치한 정보에 따라 더 많은 시간이 탐색과 반응에 소요될 수 있다.
HDD의 기계적 구조로 인한 한계는 플래터와 헤드를 유지하고는 극복하기 어려웠고,
진동, 충격, 자성등의 외부 환경에 취약하다.

이러한 상황에서 대안으로 등장한 것이 SSD이다.
SSD의 경우 모든 데이터가 플래시 메모리에 저장되어 즉각적으로 읽고 쓰기가 가능하다.
또한 데이터가 파편화 되어 있는 경우에도 HDD와 달리 지연시간이 늘어나지 않는다.

SSD는 HDD에서 발생하는 긴 탐색 시간, 반응 시간, 기계적 지연, 실패율, 소음 등이
거의 없으며 물리적인 이동이 없기 때문에 전송 속도의 발전도 크게 이뤄졌다.
하지만 HDD에 비해서 상대적으로 비싼 가격과 데이터를 기록하는 행위 자체가
기록 소자의 파손을 유발하는 단점이 존재한다.

DRAM은 SSD에 데이터를 저장하는 플래시 메모리(NAND flash)와 비교한다.
낸드 플래시는 플로팅 게이트라는 추가적인 구조가 존재한다.
이를 통해 집적도를 크게 향상시켰으나, 동시에 플로팅 게이트로 인해 동작 속도가 떨어진다.
DRAM은 bit를 기록하는 capacitor의 집적도는 떨어지지만, 스위칭 속도가 매우 빠르다.
즉, 저장 용량과 동작 속도는 trade-off 관계라고 할 수 있다.

3. 결론

결국 모든 저장 장치의 목적은 많은 양의 정보를 빠르게 처리하는 것이 목표이다.
비용과 목적에 따라 알맞은 방식을 선택하는 것이다.

4. 추가

Dynamic RAM이 있다면 Static RAM이 있다.
SRAM도 RAM으로, 전원이 차단되면 메모리가 휘발되는 휘발성 기억 장치이다.
그러나 DRAM의 capacitor가 자체적인 누전으로 발생하는 휘발성이 없다.
DRAM과 같이 일정 시간마다 재생을 위한 작업이 없고 메모리 주소 접근 방식도
상위, 하위 두 번 접근해야 하는 DRAM과 달리 한 번에 접근이 가능해 매우 빠르다.
그러나 1bit를 표현하기 위해 일반적으로 6 혹은 8개의 트랜지스터를 필요로 한다.
DRAM은 1bit에 1개의 트랜지스터가 필요하므로 단순히 비교해도 6배의 공간을 차지한다.
때문에 SRAM의 가격은 매우 비싸고,
용량도 적어 CPU의 cashe처럼 속도를 중요시하는 부분에서 많이 사용한다.