7장. 보조 기억장치 다루는 내용 컴퓨터 본체와 보조기억장치와의 연결 살펴보기 자기 디스크 기억장치 광 기억장치

Section 01 컴퓨터 본체와 보조기억장치 연결 메인보드에서 보조기억장치의 연결을 위한 단자 PRIMARY IDE(Intergrated Drive Electronics), SECOND IDE, FLOPPY의 세 개의 단자가 있다. [그림 7-1] 보조기억장치의 연결 단자 [그림 7-2] IDE 연결 케이블 [그림 7-3] HDD와 CD-ROM의 연결

자성을 띠는 물질로 코팅된 플라스틱이나 금속을 이용한 원형 평판으로 만들어진 저장장치 Section 02 자기 디스크 기억장치 자성을 띠는 물질로 코팅된 플라스틱이나 금속을 이용한 원형 평판으로 만들어진 저장장치 하드디스크(hard disk) 또는 플로피디스크(floppy disk)가 대표적 장치 [그림 7-5] Floppy Disk와 내부

컴퓨터를 동작시키기 위해 필요한 프로그램과 데이터가 저장되는 곳 하드디스크(hard disk) 컴퓨터를 동작시키기 위해 필요한 프로그램과 데이터가 저장되는 곳 기술이 급속히 발전해 대용량으로 커져가고 있고 가격은 점점 낮아지는 추세 [그림 7-4] 하드 디스크의 내부

원형 평판(circular platter) 하드디스크 주요 구성 요소 원형 평판(circular platter) 실제 정보가 저장되는 장소 다수의 트랙들로 구성 헤드(head) 전도성 코일을 통해 표면을 자화 시킴으로써 데이터를 저장하거나 검색하는 장치 디스크 팔(disk arm) 헤드를 이동시키는 장치 구동장치(actuator) 디스크 팔을 움직이는 모터

읽기와 쓰기 동작 쓰기 동작 데이터(1 혹은 0)에 따라 헤드(head)에 감긴 코일에 양전류 혹은 음전류가 가해지고, 그에 따른 자성 패턴이 디스크 표면에 기록 읽기 동작 자장(magnetic field) 내에 헤드(코일)가 이동할 때 코일에 전류가 발생되고, 그 전류의 극성에 의해 데이터가 검색

등각속도 (constant angular velocity : CAV)방식 데이터 조직 원형 평판은 트랙(track)으로 구성 트랙의 폭(width)은 헤드의 폭과 동일 헤드가 이동하면서 트랙에 데이터를 기록하거나 읽음 inter-track gab 트랙들 사이는 일정 공간 자기장의 간섭, 헤드 정렬 잘못의 오류를 감소 등각속도 (constant angular velocity : CAV)방식 모든 트랙은 동일한 수의 비트를 저장 디스크가 안쪽 부분이 더 높은 밀도를 갖게 된다. 동일 트랙 길이에서 안쪽이 보다 많은 비트를 저장

등각속도를 이용하는 자기 디스크의 구성도 [그림 7-7] 등각속도를 이용하는 자기 디스크의 구성도

등각속도 방식의 특징 일정한 속도로 회전하는 상태에서 트랙의 위치에 관계없이 데이터를 동일한 비율로 액세스 디스크를 읽고 쓰는 장치가 간단해 진다. 트랙의 바깥쪽이 안쪽보다 길지만 동일한 비트의 데이터를 저장하게 되기 때문에 저장 공간이 낭비 각각의 트랙은 다수의 섹터(sector)에 의해서 구성 각각의 섹터들은 inter-sector gab 를 통해 구분

자기 디스크의 데이터 배치도 [그림 7-8] 자기 디스크의 데이터 배치도

데이터 영역과 제어 정보 영역에 일정한 간격을 두어 구분 제어 정보 디스크 포맷팅(Formatting) 디스크의 구성을 검사하고, 그에 관한 정보와 트랙의 시작점, 섹터의 시작과 끝을 구분하기 위한 제어 정보 등을 디스크상의 특정 위치에 저장하는 과정 트랙의 용량 데이터의 저장 용량과 제어 정보를 저장하는 용량을 합한 크기 데이터 영역과 제어 정보 영역에 일정한 간격을 두어 구분 제어 정보 섹터를 구분하는데 필요한 식별자 또는 주소 SYNCH 바이트, 트랙 번호, 헤드 번호, 섹터 번호, 오류검출 코드 등으로 구성 SYNCH 바이트는 섹터의 시작을 구분하는 특수한 비트 패턴

CRC(Cyclic Redundancy Check) : 오류정정부호 자기 디스크 트랙의 형식 CRC(Cyclic Redundancy Check) : 오류정정부호 [그림 7-9] 자기 디스크 트랙의 형식

자기 디스크의 물리적 특징 자기 디스크에서의 헤드 고정 헤드는 트랙 수 만큼의 헤드가 존재 이동 가능 헤드는 하나의 헤드로 여러 개의 트랙에 읽기와 쓰기를 수행 [그림 7-10] 고정 헤드와 이동 가능 헤드

자기 디스크의 물리적 특징 자기 디스크의 이동성에 따른 분류 원형 평판의 종류에 따라 구분 제거 불가능 디스크(non-removable disk) 디스크 와 드라이브가 하나로 고정 하드디스크가 이에 해당 제거 가능 디스크(removable disk ) 디스크를 드라이브로부터 분리 플로피디스크가 이에 해당 원형 평판의 종류에 따라 구분 단면 디스크 원형 평판의 한쪽 면만을 사용 양면 디스크 양쪽 면을 모두 사용

디스크 액세스 시간(access time) 디스크의 성능과 파라메터 디스크를 읽고 쓰는 동작 헤드를 해당 트랙으로 이동 탐색 시간(seek time) 데이터가 포함된 섹터가 헤드 아래로 회전되어 올 때까지 대기 회전 지연(rotational latency) 데이터를 전송 데이터 전송 시간 디스크 액세스 시간(access time) 탐색 시간 + 회전 지연 + 데이터 전송시간

회전 지연(rotational latency) 디스크 액세스 시간 탐색 시간(seek time) 디스크 팔이 원하는 트랙으로 이동하는데 걸리는 시간 TS = s + m x n 단, TS : 추적 탐색시간, s : 시작 시간, m : 디스크 드라이브에 따른 상수, n : 통과한 트랙 수 회전 지연(rotational latency) 원하는 섹터가 헤드 아래로 회전되어 올 때까지 대기하는 시간 플로피디스크의 경우 회전 속도가 300 rpm ~ 600 rpm 정도 라면 평균 회전 지연은 100 ms ~ 200 ms

전체 평균 액세스 시간 Ta = TS + ½ r + b/rN = TS + ½ r + (tr*b)/N 디스크 액세스 시간 전송시간 데이터를 전송하는 데 걸리는 시간 T = b / rN = (tr*b)/N 단, T : 전송 시간 b : 전송될 바이트 수 N : 트랙의 전체 바이트 수 r : 회전 속도 (초당 회전 수) tr : 1회전하는데 소요되는 시간 = 1/r 전체 평균 액세스 시간 Ta = TS + ½ r + b/rN = TS + ½ r + (tr*b)/N

디스크 액세스 시간은 데이터의 저장 패턴에 따라 달라진다. [예] 타이밍의 비교 디스크 액세스 시간은 데이터의 저장 패턴에 따라 달라진다. [예] 디스크의 사양 평균 탐색시간 = 15 ms, 전송률 = 1Mbytes/sec, 섹터 크기 = 512 바이트, 트랙당 섹터의 수 = 32, 디스크의 한 바퀴 회전에 걸리는 시간 = 16.7 ms 저장 데이터의 량 디스크에 전체 128 Kbyte 크기의 파일이 256개의 섹터에 걸쳐 저장 전체 파일을 읽는데 걸리는 시간은 얼마인가?

[case 1] 순차적 조직 파일이 인접한 8개의 트랙들에 저장된 경우 첫번째 트랙을 읽는 데 걸리는 시간 8 트랙 × 32 섹터 = 256 섹터 첫번째 트랙을 읽는 데 걸리는 시간 평균 탐색시간(15.0 ms) + 회전 지연(8.3 ms) + 32섹터 읽기(16.7 ms) = 40 ms 다른 트랙에 저장된 섹터들의 읽기 시간 탐색 시간 (0) + 회전 지연(8.3 ms) + 32 섹터 읽기 (16.7 ms) = 25 ms 전체 읽기 시간 40 ms + 25 ms × 7 트랙 = 215 ms

[case 2] 전체 디스크에 분산 각 섹터 액세스 시간 평균 탐색(15 ms) + 회전 지연(8.3 ms) + 한 섹터 읽기(16.7*(1/32) = 0.5 ms) = 23.8 ms 전체 액세스 시간 23.8 ms × 256 섹터 = 6092.8 ms

Redundant Array of Inexpensive (or Independent) Section 03 RAID Redundant Array of Inexpensive (or Independent) 저렴하고 크기가 작은 여러 개의 하드디스크들을 묶어 하나의 기억장치처럼 사용할 수 있게 하는 방식 RAID로 구성한 하드디스크 운영체제에서 여러 개의 하드디스크를 하나의 하드디스크로 인식 근본적 문제를 여러 대의 하드디스크가 분산 처리 성능을 향상 RAID 여분의 디스크들(redundant disks) 오류 발생시 데이터 복구를 위한 패리티 정보를 저장하는데 사용 데이터 들은 배열을 이루고 있는 하드디스크에 분산 저장 RAID 방식은 0레벨 에서 6레벨의 7레벨로 구성

RAID 레벨 0 [그림 7-12] RAID 레벨 0

RAID 레벨 1 [그림 7-14] RAID 레벨 1

RAID 레벨 2 [그림 7-15] RAID 레벨 2

RAID 레벨 3 [그림 7-16] RAID 레벨 3

RAID 레벨 4 [그림 7-16] RAID 레벨 4

RAID 레벨 5 [그림 7-18] RAID 레벨 5

RAID 레벨 6 [그림 7-19] RAID 레벨 6

Section 04 광기억장치(Optic Storage) CD (Compact Disk) 디지털화 된 음향정보를 저장하는 디스크 데이터를 한번 기록하면 다시 지워 사용할 수 없다. CD의 표준 12㎝ 디스크를 사용 약 60분 분량의 음향 정보를 저장 CD와 CD-ROM 유사한 기술을 사용 CD-ROM 플레이어가 보다 정교하고 오류 정정 장치를 가지고 있다.

CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory) 레이저를 사용하여 디지털 정보를 저장 저 전력 레이저를 이용하여 반사되는 빛의 강도에 따라 디지털 신호를 검출 자기 디스크와 CD-ROM을 비교 대용량에 저렴한 가격으로 대량 복제가 가능 읽기 기능만 가능하고 내용을 변경하는 것이 불가능 액세스 시간이 자기 디스크보다 훨씬 오래 소요

등선 속도(Constant Linear Velocity) 방식 : CD-ROM 등각속도(CAV) 방식 : 하드디스크 회전 구동 방식 등선 속도(Constant Linear Velocity) 방식 : CD-ROM 등각속도(CAV) 방식 : 하드디스크 [그림 7-21] 등각속도와 등선속도 비교

액세스할 섹터의 위치에 따라 디스크의 회전 속도가 달라지는 방식으로 트랙을 읽는 속도가 동일 등선 속도(CLV) 방식 액세스할 섹터의 위치에 따라 디스크의 회전 속도가 달라지는 방식으로 트랙을 읽는 속도가 동일 데이터를 저장 할 때는 트랙을 따라 순차적으로 저장하고 데이터를 액세스 할 때는 임의 액세스 방식을 사용 트랙의 저장 밀도가 동일해서 저장공간의 낭비가 없다. 트랙 위치에 따라 회전 속도를 변경할 필요가 있다. 읽을 때는 안쪽 트랙은 느리게, 바깥쪽 트랙은 빠르게 돌려서 트랙 읽는 속도가 어디나 같다.

CD-R WORM (Write-Once Read-Many CD)으로 사용자가 데이터를 한 번은 기록할 수 있는 CD-ROM 한번의 기록만이 가능하고 등각속도(CAV) 방식을 이용하여 속도를 향상시켰다. 쓰기 동작은 저장될 데이터에 따라 레이저로 열을 발생시켜 염료층의 해당 피트(pit)부분들을 융해 읽기 동작은 강도가 낮은 레이저 빛을 이용하여 반사 명암에 따라 데이터 검출 [그림 7-22] CD-R의 쓰기 동작

CD-RW(CD–ReWritable) 재 기록이 가능한 Compact Disk 기본적인 구조는 CD-R과 동일하고 약 1000번 정도 재기록이 가능 CD-E (CD-Erasable)라는 용어로도 사용. 액체 상태의 냉각 방식에 따라 ‘0’, 또는 ‘1’에 해당하는 정보를 기록 결정 상태(crystal phase) 입사되는 빛에 대하여 일정한 각도로 반사 디지털 정보 ‘1’이 기록 가열 후 서서히 냉각 원자들이 규칙적으로 배열 비정질 상태 (amorphous phase) 입사되는 빛에 대하여 불규칙 난반사 디지털 정보 ‘0’가 기록 가열 후 급속 냉각 원자들이 무질서하게 배열

DVD (Digital Video Disk) CD와 동일한 크기를 가지며 디스크에 Television 방송 수준의 화질로 디지털 비디오를 저장하기 위해 설계 기록 용량은 일반 CD의 6~8배 정도로 매우 큰 저장 용량 큰 저장 용량을 갖기 때문에 게임 및 교육용 소프트웨어 등에서 더욱 현실감 높은 미디어를 제공 CD에서 사용되는 레이저에 비해 파장이 짧은 레이저를 사용하여 기록하는 용량을 증가시켰다. 레이어(layer) 당 4.7Gbyte를 저장할 수 있어, 2중 레이어를 사용하는 경우 8.5Gbyte까지 저장이 가능 DVD-R, DVD-RW 아직 표준안이 마련되어 있지 않은 상태