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[하드웨어 뜯어보기] 저장장치 #34 - NVMe와 PCIe SSD 초고속 데이터 고속도로로 진입하다PCIe 레인, 병렬 큐, 컨트롤러 구조가 만드는 SSD의 극한 속도핵심요약NVMe SSD는 PCIe 레인을 통해 CPU와 직접 통신하는 초고속 저장장치다.AHCI(SATA) 기반 SSD보다 훨씬 많은 병렬 큐를 지원해 지연시간이 매우 짧다.컨트롤러는 NVMe 명령을 큐 단위로 처리하며 DMA를 통해 직접 메모리를 읽고 쓴다.NVMe는 고속 컴퓨팅, 서버, AI 환경에서 표준으로 자리 잡았다. 1. NVMe와 PCIe SSD는 무엇인가?핵심 문장: NVMe SSD는 CPU와 ‘직결된 고속 데이터 고속도로’를 타고 달리는 저장장치이다. NVMe(Non-Volatile Memory Express)는 플래시 메모리(SSD)를 위해 새롭게 설계된 저장장치 프로토콜입니다. 기존 S..
[하드웨어 뜯어보기] 저장장치 #33 - NAND 플래시의 비밀 전자의 집합으로 기억을 저장하다셀, 페이지, 블록, 수명(P/E) 구조를 전자 공학 관점에서 파헤치는 플래시 메모리의 본질핵심요약NAND 플래시는 “전자를 가둔 양”으로 데이터를 표현하는 저장 기술이다.셀에 저장하는 비트 수에 따라 SLC~QLC까지 종류가 나뉘며, 속도, 수명, 용량의 균형이 달라진다.페이지 단위로 쓰고, 블록 단위로만 지울 수 있어 SSD 전체 구조에 제약을 준다.P/E 사이클은 셀의 수명이며, 이를 늘리기 위해 웨어레벨링과 ECC 기술이 필수다. 1. NAND 플래시란 무엇인가?핵심 문장: NAND 플래시는 “전자의 양을 조절해 전압을 저장하고, 그 전압 레벨을 디지털 정보로 읽는 저장 기술”이다. NAND 플래시 메모리는 SSD, 스마트폰, USB, 메모리카드 등 오늘날 거의 모든..
[하드웨어 뜯어보기] 저장장치 #32 - SSD의 내부 구조 전자 신호로 쓰는 기억의 서가 - NAND 셀, 컨트롤러, 채널, 병렬 구조로 이루어진 초고속 전자식 저장 장치핵심요약SSD는 ‘움직이는 부품이 없는’ 저장장치로, 전자 신호만으로 데이터를 읽고 쓴다.NAND 셀은 페이지, 블록 구조로 이루어져 있으며, 한 번 쓰면 바로 지울 수 없다(블록 단위 삭제).컨트롤러는 SSD의 두뇌로, 웨어레벨링, GC, SLC 캐싱 등 성능과 수명을 결정한다.SSD의 빠른 속도는 병렬 채널 구조 + DRAM 캐시 덕분이다. 1. SSD란 무엇인가?핵심 문장: SSD는 NAND 플래시에 데이터를 저장하고, 컨트롤러가 이를 관리하는 “전자식 도서관”이다. SSD(Solid State Drive)는 기계적 회전 없이 순수 전자 신호로만 동작하는 저장장치입니다. HDD가 “LP판과..
[하드웨어 뜯어보기] 저장장치 #31 - 저장장치의 원리(HDD) 회전하는 기억의 도서관 - LP판처럼 회전하는 플래터 위에 바늘(헤드)이 정보를 읽는 구조핵심요약HDD는 자성 패턴을 회전하는 디스크(플래터)에 저장하는 장치입니다.헤드는 LP판 바늘처럼 움직이며 데이터를 읽고 쓰되, 실제로는 디스크에 닿지 않습니다.데이터를 저장하기 위해 트랙, 섹터 구조를 사용하며, 이 구조가 성능, 단편화, 수명에 영향을 줍니다. 1. HDD란 무엇인가?핵심 문장: HDD는 회전하는 금속 디스크 위에 자기 신호를 기록하고 읽는 아날로그/디지털 혼합 기술의 결정체다. HDD(Hard Disk Drive)는 저장장치 중 가장 오래된 기술 계보를 가진 장치입니다. 오늘날 SSD가 대세가 되었지만, 대용량 저장이라는 영역에서는 여전히 HDD가 주력 기술입니다. 왜냐하면, 단가 대비 매우 높..
[하드웨어 뜯어보기] 메모리 #30 - 캐시와 메모리 계층 구조 기억의 피라미드 - 가장 빠른 생각이 태어나는 구조핵심요약컴퓨터의 기억 체계는 피라미드처럼 서로 다른 속도·용량·지연 시간으로 구성됩니다. 맨 위에는 L1/L2/L3 캐시, 그 아래는 RAM(메인 메모리), 그 아래는 SSD/HDD가 자리합니다.캐시는 작지만 압도적으로 빠른 기억 공간으로, CPU가 매 순간 필요한 데이터를 미리 저장하여 속도 저하를 막아줍니다. 메모리 계층 구조는 결국 “빠르고 비싼 기억 + 느리고 큰 기억”을가장 효율적으로 조합한 시스템입니다. 1. 왜 메모리 계층이 필요한가“빠르게 만들수록 비싸지고, 크게 만들수록 느려진다” 컴퓨터 메모리는 속도와 용량이 반비례하는 숙명을 가지고 있습니다.빠르고 지연이 짧은 메모리는 가격이 비싸다저렴하고 용량이 큰 메모리는 반드시 느리다L1 캐시를 ..
[하드웨어 뜯어보기] 메모리 #29 - 메모리 채널과 대역폭 생각의 도로 폭을 넓히면 PC 성능이 달라진다핵심요약메모리 채널(channel)은 CPU와 메모리가 데이터를 주고받는 “차선 수”를 뜻합니다. 듀얼 채널은 단순히 메모리 두 개를 꽂는 문제가 아니라, 메모리 버스 폭 × 채널 수를 통해 실제 대역폭(Bandwidth)을 두 배로 늘려 CPU가 데이터를 가져오는 속도 자체를 높여줍니다. 결론적으로 메모리 채널은 CPU 성능을 ‘받쳐주는 길의 수’를 결정하는 핵심 구조입니다.1. 메모리 채널이란 무엇인가“CPU와 메모리 사이의 고속도로 차선 수” CPU는 매 순간 연산에 필요한 데이터를 메모리에서 가져와야 합니다. 이때 데이터가 오가는 통로가 바로 메모리 채널(Channel)입니다. 단일 채널(Single Channel): 1차선 도로듀얼 채널(Dual Ch..
[하드웨어 뜯어보기] 메모리 #28 - DDR의 세대 발전 세대별로 진화한 기억 속도, 더 빠른 두뇌를 향한 도약핵심요약DDR(Double Data Rate) 메모리는 단일 클럭에서 데이터 전송 기회를 두 배로 늘려 메모리 병목을 해소한 DRAM 기술의 핵심 진화 계열입니다.초기 DDR1·DDR2를 거쳐 DDR3에서 본격적인 대중화가 시작되었고, DDR4에서는 병렬성과 대역폭이 크게 향상되었으며, DDR5에서는 모듈 하나가 “듀얼 채널처럼” 동작하는 구조적 혁신까지 더해졌습니다.CPU와 메모리의 속도를 맞추기 위한 수십 년의 기술 여정이, DDR 세대 발전 그 자체입니다.1. DDR이 왜 필요했는가: “CPU는 더 빨라지는데 메모리는 제자리였다”컴퓨터 성능을 결정하는 핵심 요소 중 하나가 CPU↔메모리 속도의 균형입니다. 초기 컴퓨터는 CPU의 연산 능력이 매년..
[하드웨어 뜯어보기] 메모리 #27 - DRAM의 동작 원리 전하로 기억하는 전자적 뇌세포핵심요약DRAM은 커패시터가 저장한 전하의 많고 적음으로 0과 1을 표현하는 메모리입니다. 그러나 커패시터의 전하는 시간이 지나면 자연스럽게 줄어들기 때문에, DRAM은 셀의 상태를 유지하기 위해 일정 주기로 스스로를 재충전하는 리프레시(refresh) 를 수행합니다.CPU가 DRAM에 접근할 때는 Wordline·Bitline·Sense Amplifier가각 셀에서 전하를 읽고 쓰는 정교한 동작을 수행하며, DRAM 내부 유지 메커니즘(리프레시)과 CPU의 외부 접근(읽기·쓰기)은 별개의 흐름으로 이루어집니다. 1. DRAM이란 무엇인가 - “전하로 만든 전자적 기억”DRAM(Dynamic RAM)은 전하(Charge) 를 이용해 정보를 저장하는 메모리입니다. 셀(Cell)..
[하드웨어 뜯어보기] 메모리 #26 - 메모리의 기본 구조 (RAM) 생각의 임시 저장소, 두뇌의 단기 기억RAM은 CPU가 “지금 바로 처리 중인 정보”를 잠시 보관하는 작업 기억 공간입니다.전원이 꺼지면 사라지는 휘발성 구조지만, 놀라울 만큼 빠르게 데이터를 읽고 씁니다.메모리 셀(Cell) 하나하나가 전하를 저장하며, 행(Row)과 열(Column)의 정교한 격자 구조로 이루어져 있습니다. 1. RAM의 본질 — “두뇌의 단기 기억”메모리는 컴퓨터의 ‘기억 장치’이지만, 그중 RAM은 오래 기억하는 용도가 아닙니다. CPU가 계산을 수행하거나 프로그램을 실행할 때 필요한 정보만을 잠시 머무르게 하는 단기 기억(Working Memory)의 역할을 합니다. 사람의 뇌로 비유하면 다음과 같습니다.저장장치(SSD·HDD) → 장기 기억RAM → 단기 기억CPU → 사고와 ..
[하드웨어 뜯어보기] 메인보드 #25 - 메인보드의 버스 구조 데이터가 오가는 고속도로핵심요약버스(Bus)는 CPU, 메모리, GPU, 저장장치 간에 데이터가 오가는 통신 회로망입니다.메인보드 안에서 모든 정보가 흐르는 전자 도시의 고속도로죠.CPU가 명령을 내리고, 메모리가 응답하며, GPU가 이미지를 계산할 때, 모든 정보는 버스를 타고 이동합니다. 1. CPU 내부 버스와의 차이 - “두뇌의 신경망에서 도시의 도로망으로”[컴퓨터 과학] - [하드웨어 뜯어보기] CPU #6 - 버스(Bus), 정보의 혈관 [하드웨어 뜯어보기] CPU #6 - 버스(Bus), 정보의 혈관CPU 안의 신경망, 정보가 흐르는 길을 따라가보기핵심요약버스(Bus) 는 CPU 내부의 모든 부품과 메모리, 주변장치를 연결하는 정보의 혈관입니다.데이터가 흐르고, 주소가 지정되고, 제어 신호가..

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