How Computers Work [05]

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Chapter 9

이번 챕터는 컴퓨터의 대표적인 하드웨어 및 포트(네트워크 포트 X, 물리적 포트 O)를 확인하고 넘어간다.

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A. Power supply: 흔히 “파워”라고 많이 하는 부분, 컴퓨터에 전원을 안정적으로 공급 해 주도록 한다. 고성능의 데스크탑에 가장 기본적으로 중요한 부품.

B. Optical drives: 클라우드나 flash 메모리(usb)가 상용화 되기 전에는 많이 쓰였지만, 현재 거의 쓰이지 않는 저장장치.

C. Tape drive: 어렸을 적, 카셋트 테잎으로 노래들 들었던 기억이 있지만, 컴퓨터에 쓰이는것을 한 번도 보지 못했다.

D. Hard disk drive: It’s still the cheapest way to store mass quantities of data, and it’s been used in mobile devices as small as an iPod. But smartphones, which have more to do than simply store and play songs, are using RAM and clouds for storage. And in all devices, RAM-based solid-state drives are replacing the spinning disks for all but gargantuan mass storage.

하드 디스크 드라이브(Hard disk drive, HDD)는 비휘발성, 순차접근이 가능한 컴퓨터의 보조 기억 장치이다. 보호 케이스 안에 있는 플래터를 회전시켜, 이것에 자기 패턴으로 정보를 기록한다. 여기서 이 플래터를 구동하는 장치가 스핀들 모터로 이루어진 것이 특징이다. 데이터는 플래터 표면에 코팅된 자성체에 기록되며, 회전하는 플래터 위에 부상하는 입출력 헤드에 의해 자기적으로 데이터를 쓰고 읽을 수 있다.

하드 디스크는 플로피 디스크와 같은 자기 기록 매체이나, 플로피 디스크와 다르게 금속 재질의 플래터에 데이터를 기록하기 때문에, 플로피디스크와 구분짓기 위해, 재질적으로 단단하다는 뜻으로 하드라는 이름이 붙었다. 일반적으로 아직까지는 개인용 컴퓨터의 운영 체제를 담는 용도로, 없어서는 안 될 저장 매체로 많이 쓰이고 있다. 여러 가지 특성이 우수한 반도체 기반의 기록 매체인 솔리드 스테이트 드라이브가 가격하락과 함께 저장 매체 시장에 서서히 진입하고는 있으나, 저장 용량당 가격에서 하드 디스크에 비해 높은 가격을 가지고 있으므로 성능적인 우위에도 불구하고 하드 디스크는 여전히 중요한 저장 매체로 사용되고 있다.

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read & write 속도가 비슷함. Seeking algorithm = random access가 느림. HDD를 쓰는 컴퓨터가 느려지는 이유 = 고속으로 돌아가는 platter때문에 기스가 남 -> 쓰지 못하는 sector발생

D2. Solid state Drive(SSD):

물리적인 기계장치가 아니고 반도체 이기 때문에 HDD에 비해 충격에 강하고, random access나 sequential access가 차이가 없음. read, write속도가 다름

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E. Floppy drives: 초등학교 이후 X

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F. Wide, flat drive cables: The old connections from the motherboard to the drives were stiff and a pain to maneuver through the usual tangle of wires. They’re replaced by the slimmer, more manageable SATA cables.

G. Video card(GPU): “Unless you’re a hell-bent-for-leather gamer, the video circuitry that comes on your motherboard will do nicely, thank you.” 라고 책에 나와있지만 고성능 게임과 더불어, 머신러닝, 딥러닝, 블록체인, 비트코인, 컴퓨터 비전 등 여러 분양에서 CPU가 아닌 GPU(Graphic Processing Unit)가 필수적으로 사용된다. 매트릭스 연산, 간단한 연산의 반복에 매우 특화되어 있으며, CPU와 별개로 연산을 수행할 수 있으므로, Graphical 연산(꼭 이미지나 영상처리가 아니더라도, matrix연산이 필요한 머신러닝, 비트코인 연산)*시 굉장히 큰 computing 성능을 얻어낼 수 있다.

H. Sound card: At one time if you wanted to hear more than a beep from your computer, you needed a sound card. Today built-in sound on desktops and laptops rivals home theater amps. An expansion card isn’t needed unless you’re a picky, picky audiophile.

I. RAM: No matter whether you’re a desktop, laptop, notebook, tablet, smartphone, MP3 player, smartwatch, or smartgoggles, you gotta have RAM. That’s all there is to it. Of course that could mean some sort of quantum memory.

J. Microprocessor(CPU): No matter what the device, no matter how large or how small, there will always be a microprocessor—the brain—which goes through its own sort of evolution to become faster and smarter.

K. Required equipment on desktops and laptops has always included:

  • A real-time clock to keep all components marching to the same drummer.
  • The CMOS chip that retained basic, necessary information when the computer was turned off, along with the battery that kept the CMOS chip powered.
  • And the BIOS (basic input/output system), a compendium of information about the components in a computer and how to get information in and out of them.

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Chapter 10

HOW FILE COMPRESSION MAKES FILES SMALLER


파일 압축(zipping file)은

How Solid State Drives Command the Instant


pc의 성능을 측정하는 하나의 기준 = access latancy.

프로세서가 ram으로부터 데이터를 기다리는데 보통 수십 클록이 소요된다. 반면, 프로세서가 hard disk로 부터 데이터를 전달 받는데는 수백만 클록이 걸린다. 즉 메모리에 비해 하드디스크는 굉장히 처리 속도(read & write)가 느린 device 임.

전통적인 하드 디스크 드라이븐 항상 이러한 긴 latency 문제를 갖고 있다. 이러한 문제의 원인은 하드디스크의 기계적 설계로 인한 물리적인 한계 때문이다.

하드디스크에서 소요되는 대부분의 시간은 헤드가 target sector를 찾아가는데 걸리는 시간이다. 특히 그 중에서도 한 트렉에서 다른 트렉으로 암이 직접 움직이는 경우에 critical함. #i## SSD overview — SSD는 하드디스크와 같은 물리적 장치가 아니라 NAND flash memory 라 불리는 디지털 회로 gate(강의 자료 3,4번 참고)를 사용한 반도체 메모리 저장장치 이다.

NAND flash memory 란?
DRAM(Dynamic RAM)과 매우 유사한 특징을 가지는 메모리 로서 non-volatil하다는 점이 DRAM과 다르다. NAND라는 이름은 AND gate와 NOT gate를 합친 NAND gate를 사용하여 메모리 구조를 형성했기 때문이다. NAND와는 반대로 NOR flash memory라는 것도 존재하며, NOR gate로 구성된다.

NAND gate

DARAM
Dynamic Random Access Memory의 약자로서, 하나늬 기억 소자에 하나의 트렌지스터와 1개의 capacitor로 구성되어 있는 메모리. 구성이 간단하기 때문에 높은 직접도로 메모리를 제작할 수 있고, 저 비용으로 비교적 큰 용량의 메모리를 제작할 수 있다. capacitor의 특성상, 전원이 공급되고 있는 동안에 정보를 기억할 수 있으며, 전원이 공급되지 않으면, 데이터는 사라진다. 주기억장치(메인 메모리) 에 주로 사용된다.

SSD - 어떻게 정보가 저장이 되는가.

NAND gate

http://www.kbench.com/?q=node/99265&page=0

architecture of SSD

NAND gate

NAND gate