제15강 기억장치 3.

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1 제15강 기억장치 3

2 강의내용 가상기억장치의 개요 가상기억장치의 동작원리 보조기억장치의 개요 보조기억장치의 종류

3 가상기억장치 개요 개념도 이 기억 용량이 큰 기억장치를 마치 주 기억장치처럼 사용하는 개념이다.
가상기억장치는 보조기억장치와 같 이 기억 용량이 큰 기억장치를 마치 주 기억장치처럼 사용하는 개념이다. 가상기억장치의 목적은 주기억장치 의 기억용량이 부족한 점을 개선하기 위하여 비트 당 가격과 기억 용량이 보조기억장치와 같으며, 속도가 주기억 장치의 속도와 같은 기억장치를 제공 받는 것이다. 중앙처리장치 당장 필요하지않은 프로그램을 옮겨 놓음 주기억장치 가상기억장치 주로 보조기억장치에 설정 필요할때 프로그램을 복구하여 실행

4 가상기억장치의 기억공간 개념도 기억공간 가상주소(virtual address: VA) -가상기억장치 시스템에서 수행되는 프로
그램의 명령어가 사용하는 주소 물리주소(physical address: PA) -주기억장치에 접근하기 위해 실제 주기억 장치에 적용하는 주소 따라서 기억장치 접근을 위해서는 가상주소가 실제주소로 변환되어야 한다.

5 가상기억장치의 동작원리 동작원리 흐름도 N(미스) (히트)Y 프로그램을 블록 단위로 나누어, 실제 주기억
장치에는 현재 실행되는 프로그램에 필요한 블록 만을 기억시키고, 나머지 부분은 보조기억장치에 그대로 두었다가 필요시에 주기억장치에 올린다. 이러한 일련의 작업들은 운영체제가 담당하는 것이므로 중앙처리장치의 입장에서 보면 프로그 램에 필요한 모든 내용이 마치 주기억장치에 모두 있는 것처럼 사용하는 것이다. 프로그램 가상 주소 N(미스) 히트 ? (히트)Y 희생블록교환 주기억장치 블록교환 보조기억장치 블록의 기본 개념은 페이지(page)이며, 세그먼트(segment)를 사용하기도 한다.

6 가상기억장치의 주소변환 주소변환은 주소변환표(매핑표)를 이용한다. - 중앙처리장치가 가상주소로 기억장치에 접근하려고 하면,
이 가상주소가 변환표에서 물리주소로 변환되어 이 주소로 실제 주기억장치에 접근한다. 주소변환방법 - 연관기억장치를 사용 - 페이징과 세그먼트 기법을 사용

7 가상기억장치의 주소변환 방법 페이징 기법 세그먼트 기법 가상 기억공간의 프로그램 블록과 실제 기억공간의 프로그램 블록의
크기가 같고, 각 블록의 크기도 모두 동일하게 나누어진 블록을 페이지라고 할때, 이 페이지를 이용하는 방법. - 즉, 가상 기억공간을 동일한 크기의 페이지로 나누어 사용하는 방법 세그먼트 기법 가상 기억공간 즉, 주소공간을 세그먼트 단위로 분할한다. 세그먼트는 페이지와 달리 분할되는 주소공간의 크기가 동일하지 않다. 즉, 가변길이의 주소공간을 갖는다

8 가상기억장치의 주소변환 방법 페이징 기법 주소변환 원리 원리: 가상주소를 페이지 번호와 페이지 내의 상대 위치
로 나타내고 변환표를 이용하여 주소변환 예: - 먼저 페이지 번호가 101이므로 변환표에서 같은 페이지 번호를 찾는다. ( 여기서 변환표의 첫 번째 영역은 페이지 번호, 두 번째 영역은 주기억장치의 페이지 번호, 세 번째 영역은 주기억장치에의 존재 유무를 나타낸다.) 변환표의 내용을 보았을 때, 101번 페이지는 주기 억장치에 저장되어 있고, 주기억장치 페이지 번호 는 01번이므로 주기억장치에서 같은 번호의 페이 지에서 상대 위치인 번지의 내용을 가져와 최종적으로 MBR에 저장하게 된다.

9 가상기억장치의 주소변환 방법 세그먼트 기법 주소변환 원리 프로그램의 논리적인 구조에 따라 페이지의 크기
를 다양하게 나누는 방법 프로그래머가 프로그램을 논리적인 구조에 따라 세그먼트화하고, 시스템에서 다시 이것을 페이지 단위로 나눈다. 가상주소를 논리 주소라고도 하며, 논리주소는 세그먼트 번호, 페이지 번호, 워드 번호의 세 부분 으로 표현된다. 실제 주소로 변환하는 과정에는 세그먼트 변환표 와 페이지 변환표가 필요하다.

10 보조기억장치 보조기억장치 종류 - 당장 필요하지는 않지만 필요할 때에 주기억장치로 옮겨 사용할 수 있는 자료를 저장하는 장치
- 기억장치 계층 구조상에서 하위계층 수준에 위치 종류 - 접근시간, 접근방법 및 데이터의 저장매체에 따라 분류 자기 매체(자기 디스크, 자기 테이프) 광 기억장치(컴팩트 디스크)

11 보조기억장치 데이터의 접근방법 순차접근(sequential access)방법
- 자료가 순차적으로 저장되기 때문에 원하는 자료에 접근하려면 처음에 들어있는 자료부터 순서적으로 데이터를 검색해나가는 방법 - 파일의 레코드들이 차례대로 읽혀지기 때문에 일괄처리에 주로 사용 - 자기테이프 직접접근(direct access)방법 - 파일내의 특정한 레코드를 검색할 때 처음부터 차례대로 접근하는 것이 아니라 직접 원하는 레코드에 접근할 수 있는 방법 - 데이터 검색이 빠르며, 실시간 처리에 주로 사용 - 자기 디스크

12 보조기억장치(자기 디스크) 개 요 금속이나 플라스틱으로 만들어진 원형판(platter)을 자화된 물질로 코팅한 기억매체.
개 요 금속이나 플라스틱으로 만들어진 원형판(platter)을 자화된 물질로 코팅한 기억매체. 헤드(head)라 불리는 유도코일(conducing coil)을 사용해서 데이터를 읽고, 쓰게 된다. 하드 디스크(hard disk)와 플로피 디스크(floppy disk)

13 보조기억장치(자기 디스크) 구조와 원리 구조도 트랙(track)이라는 동심원의 집합으로 이루어짐.
데이터 전송은 블록(block)단위로 이루어지며, 일반적으로 한 블록의 크기는 한 트랙보다는 작다. 데이터를 트랙에 효율적으로 기록하기 위해서는 트랙을 섹터(sector)라고 부르는 영역으로 나누고, 이곳에 블록 단위로 데이터를 기록한다.

14 보조기억장치(자기 디스크) 접근시간 접근시간의 예 디스크 접근시간(disk access time)
- 탐색 시간과 회전 지연시간과 전송시간의 합 탐색시간(seek time) - 헤드를 트랙까지 이동하는데 소요되는 시간 회전 지연시간(rotational delay) - 탐색시간이 경과된 후에 헤드는 해당 트랙에 위치하며, 이후 회전하고 있는 디스크의 해당 데이터가 있는 섹터의 시작주소에 헤드가 위치 할 때까지 기다려야 하는데, 이 과정에서 소요 되는 시간. 전송시간(transfer time) - 위치한 섹터에서 데이터를 읽어 주기억장치로 옮기는데 걸리는 시간 512바이트의 데이터에 대한 평균접근시간 (여기서 이 디스크는 5000RPM의 속도로 회전하며, 전송 속도가 4MB/초이고, 평균 탐색시간이 15ms 라고 할 때) 평균 탐색시간=15 ms 평균 회전 지연시간 = 1/2×1/5000분 = 분 = 0.006초 = 6ms 데이터 전송 시간 = 512바이트/4×106바이트/초 = 0.128×10-3초= 0.128ms ∴ 평균 접근시간 = 15ms + 6ms ms = ms

15 보조기억장치(자기 테이프) 개 요 산화자기 박막으로 코팅된 테이프 순차접근 방식의 기억장치 데이터는 레코드 단위로 기록됨.
개 요 산화자기 박막으로 코팅된 테이프 순차접근 방식의 기억장치 - 단점: 속도가 느림 - 장점: 기록밀도의 효율성이 높음(데이터 백업용) 데이터는 레코드 단위로 기록됨.

16 보조기억장치(자기 테이프) 구조와 원리 구조도 데이터 기록방법 -비 블럭화(unblocking)방법 : 자료가 논리
레코드 단위로 기억 - 블럭화(blocking)방법 : 한 개 이상의 논리 레코드로 이루어진 블록 단위로 기억 레코드간 간격(IRG: Inter-Record Gap) - 데이터를 논리 레코드 단위로 기억시킬 때 레코드와 레코드 사이에 생기는 공간 블록간 간격(IBG: Inter-Block Gap) - 데이터를 블록 단위로 기억시킬 경우 생기는 공간

17 보조기억장치(광 기억장치) 개 요 빛을 이용한 보조기억장치 컴팩트 디스크 디지털 오디오 시스템(compact disk
개 요 빛을 이용한 보조기억장치 컴팩트 디스크 디지털 오디오 시스템(compact disk digital audio system)기술을 컴퓨터 데이터 저장장치에 응용한 장치 정보 저장용량이 매우 크다 - 멀티미디어 응용분야에서 사용

18 보조기억장치(광 기억장치) 종 류 CD(Compact Disk) : 주로 디지털화된 음향정보를 저장하는
종 류 CD(Compact Disk) : 주로 디지털화된 음향정보를 저장하는 저장장치 CD-ROM : CD보다 재생장치가 좀더 정교하며 오류 수정코드를 가짐. CD-R : 한번 데이터를 기록하면 그 다음부터는 읽기만이 가능한 CD CD-RW : 재 기록이 가능한 CD DVD(Digital Video Disk) : 영상 저장매체로서 CD의 6~8배 용량

19 보조기억장치(광 기억장치) CD-ROM의 데이터 읽는 방법 등각속도와 등선속도 방식의 비교
등각속도(Constant Angular Velocity)방식 - 안쪽 트랙과 바깥쪽 트랙에 기록되는 데이터의 양이 같기 때문에 바깥쪽으로 갈수록 데이터 기록 밀도가 낮아진다. - 디스크가 낭비되는 단점이 있으나, 디스크 회전 속도가 일정하기 때문에 디스크를 쓰 고 읽는 장치가 간단해 진다는 장점. - 주로 하드 디스크에서 사용 등선속도(Constant Linear Velocity)방식 - 안쪽과 바깥쪽의 데이터 기록 밀도가 동일 - 트랙에 기록되는 데이터의 양이 다르기 때문에 디스크의 회전 속도가 가변적. - 주로 CD-ROM과 같은 광기억장치에 사용

20 보조기억장치(RAID 시스템) 개 요 고가의 대용량 디스크 시스템을 의미하는 SLED(single
개 요 고가의 대용량 디스크 시스템을 의미하는 SLED(single Large Expensive Disk)를 저가의 작은 디스크 배열로 대체하기 위해 RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks) 시스템이 개발됨. RAID 시스템 - 크기가 작고, 저가인 여러 개의 하드 디스크를 묶어 하나의 기억장치처럼 사용하는 디스크 시스템 - RAID 0 레벨에서 6 레벨까지 7종류

21 보조기억장치(RAID 시스템) RAID 0 레벨 구조도 추가적인 오류교정 데이터 없이 데이 터가 분산 저장되는 디스크 시스템.
(성능향상을 여분(redundancy)이 없다.) 신뢰성보다는 저가의 시스템에 사용 신뢰도가 낮아 많은 결함 가능성 기존의 전통적인 디스크 시스템

22 보조기억장치(RAID 시스템) RAID 1 레벨 구조도 신뢰성을 제고하기 위하여, 추가적인 오류
교정 데이터 없이 중복 저장 기법에 의하여 디스크 볼륨이 반사되는 디스크 시스템 사용가능 용량은 원래의 디스크 볼륨이 다중 경로를 통하여 제 2의 볼륨에 중복 되기 때문에 전 디스크 용량의 50%이다. 신뢰성이 탁월하여 입출력 회수가 빈번한 분야에 적합(중요한 파일을 저장하는 디스크로 사용)

23 보조기억장치(RAID 시스템) RAID 2 레벨 구조도 오류회복이 가능한 디스크 시스템
(오류회복을 위해 해밍 코드 기법 사용) 오류가 많이 발생하는 환경에 효과적

24 보조기억장치(RAID 시스템) RAID 3 레벨 구조도 디스크 섹터마다 ECC(Error Correction
Code)를 기록함으로써 디스크 제어기가 디스크의 고장 위치를 찾는 기술을 사용 하여 오류를 정정하는 디스크 시스템 병렬로 구성된 디스크에 동시에 일제히 접근이 가능하여, 데이터의 고속 전송을 필요로 하는 슈퍼컴퓨터 응용 분야에 접합 RAID 2 레벨보다 경제적

25 보조기억장치(RAID 시스템) RAID 4 레벨 구조도 RAID 3 레벨 디스크 시스템의 비트
단위의 분산을 데이터 블록 단위의 분산으로 변화시킨 형태 소량의 데이터를 병렬로 검색하는 분야에 적합

26 보조기억장치(RAID 시스템) RAID 5 레벨 구조도 RAID 4 레벨 디스크 시스템에 병렬
쓰기 연산의 실행이 가능하도록 구성 한 시스템 RAID 4 레벨과의 차이점은 패리티 비트를 저장하는 디스크를 따로 두는 것이 아니라 데이터를 저장하는 디스크 에 패리티 비트를 분산하여 저장

27 보조기억장치(RAID 시스템) RAID 6 레벨 구조도 높은 신뢰성을 보장하기 위해 기본적
다차원 패리티 체계를 구축한 디스크 시스템 높은 신뢰성을 보장하고 데이터 가용성도 높지만 쓰기 동작을 할 때 마다 두 개의 패리티를 계산하여 갱신해야 하는 단점

28 다음 강의 <제16강 입출력시스템 1>
수고하셨습니다. 다음 강의 <제16강 입출력시스템 1>