docs: 컴퓨터 구조론 10

- 플래시 메모리(flash memory)와 SSD(Solid-State Drive)의 구조, 동작 원리, 주요 특징 및 관련 기술을 다룹니다

Author: hyoloui

docs/컴퓨터-구조론/10.md

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+title: 보조기억장치(2)
+description: 플래시 메모리(flash memory)와 SSD(Solid-State Drive)의 구조, 동작 원리, 주요 특징 및 관련 기술을 다룹니다.
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+## 1. 플래시 메모리 개요 및 동작 원리
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+- **정의 및 출현:** 플래시 메모리는 비휘발성 반도체 기억장치로, 기존 EEPROM보다 저장 밀도와 신뢰성, 속도는 높이고 전력 소모는 낮춘 기술입니다.
+- **메모리 셀 구조:** NMOS 트랜지스터 기반, '제어 게이트(control gate)'와 '부동 게이트(floating gate)' 두 개의 게이트로 구성. 부동 게이트는 산화막(SiO2)으로 절연되어 전자의 유출입이 어렵습니다.
+- **동작 원리:**
+  - **프로그래밍(쓰기):** 제어 게이트에 고전압(+12V) 인가 → 전자들이 터널링 효과로 부동 게이트에 주입(‘0’ 저장)
+  - **삭제(erase):** p층에 고전압 인가 → 부동 게이트 전자들이 터널 릴리스로 빠져나가 ‘1’로 복원
+  - **읽기:** 드레인/게이트 전압 인가, 부동 게이트 상태에 따라 전류 흐름 감지(‘1’/‘0’ 판별)
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+## 2. 플래시 메모리의 셀 배열: NOR형과 NAND형
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+- **NOR형:**
+  - NMOS 트랜지스터 병렬 접속, 셀(비트) 단위 액세스 가능
+  - 각 트랜지스터 독립적 스위칭, 빠른 읽기, 저장 밀도 낮음
+  - 주로 PC-BIOS, 스마트폰 OS 등 코드 저장에 사용
+- **NAND형:**
+  - NMOS 트랜지스터 직렬 접속, 페이지/블록 단위 액세스
+  - 셀 단위 읽기/쓰기는 불가, 저장 밀도 높음, 대용량 적합
+  - 주로 USB, SSD 등 대용량 저장장치에 사용
+  - 내부는 블록(다수의 페이지)로 구성, 페이지 크기는 2KB~64KB 등 다양
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+## 3. SLC, MLC, TLC (다중 레벨 셀)
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+| 구분                        | 저장 비트 수(셀당) | 상태 수 | 장점               | 단점                   |
+| --------------------------- | ------------------ | ------- | ------------------ | ---------------------- |
+| **SLC (Single-Level Cell)** | 1비트              | 2       | 속도↑, 내구성↑     | 가격↑, 저장 밀도↓      |
+| **MLC (Multi-Level Cell)**  | 2비트              | 4       | 저장 밀도↑, 가격↓  | 속도↓, 내구성↓, 오류↑  |
+| **TLC (Triple-Level Cell)** | 3비트              | 8       | 저장 밀도↑↑, 가격↓ | 속도↓, 내구성↓, 오류↑↑ |
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+> **참고:** MLC/TLC는 전자수 조정이 정밀해야 하며, 데이터 구분이 어려워 액세스 속도 저하, 오류 발생 빈도 증가, 수명 단축 등의 문제가 있습니다.
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+## 4. 3차원 수직 구조 V-NAND 플래시 메모리
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+- **개념:** 셀을 수직 적층해 저장 밀도를 높이는 기술(삼성 등에서 개발)
+- **특징:**
+  - 부동 게이트 공간 확장, 데이터 구분 용이, 오류 감소
+  - QLC(4비트/셀) 구현, 테라비트급 칩 생산 가능
+  - 첨단 반도체 공정(에칭, 게이트 패턴 등) 필요
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+## 5. SSD (Solid-State Drive)
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+- **정의:** NAND형 플래시 메모리 배열로 구성된 대용량 비휘발성 저장장치, HDD 대체 목적
+- **장점:** 속도↑, 신뢰성↑, 기계적 부품 없음
+- **단점:** 용량 대비 가격↑, 데이터 갱신 횟수 제한(내구성↓)
+- **내부 조직:**
+  - 플래시 메모리 배열(PCB 앞뒷면에 다수 칩, 인터리빙 방식)
+  - SSD 컨트롤러(데이터 저장/인출, 칩 관리, 주소 변환, FTL 등)
+  - DRAM(버퍼 역할)
+  - 외부 인터페이스(SATA, PCIe 등)
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+## 6. FTL (Flash Translation Layer)
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+- **기능:** SSD를 HDD처럼 사용할 수 있게 해주는 미들웨어, 페이지-섹터 매핑
+- **주요 기술:**
+  - **마모 평준화(wear leveling):** 플래시 셀의 수명 한계를 극복하기 위해 모든 페이지가 고르게 사용되도록 저장 위치 조정
+  - **쓰레기 수집(garbage collection):** 삭제는 블록 단위, 페이지 수정 시 새로운 위치에 기록, 무효 페이지가 많은 블록을 한 번에 삭제, 유효 데이터는 이동
+  - **TRIM 명령:** OS가 SSD에 무효 페이지를 통보, 쓰레기 수집 효율↑, SSD 성능 향상
+  - **초과 대비공간(over-provisioning):** 마모 평준화·쓰레기 수집 효율↑를 위해 SSD 내부에 여분 공간 제공
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+## 결론
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+플래시 메모리와 SSD는 HDD의 한계를 극복하고 컴퓨터 시스템의 속도·신뢰도를 크게 향상시킨 핵심 기술입니다.<br/ >
+V-NAND 등 3D 적층 기술, FTL 등 소프트웨어적 보완으로 대용량·고성능·고내구성 SSD가 발전하고 있습니다.<br/ >
+앞으로도 반도체 기술 발전에 따라 성능과 내구성은 계속 개선될 전망입니다.