Computer Structure - Sub Memory

 

이 블로그는 '최신 컴퓨터 구조 - 임석규 홍경호'를 참고하여 제작하였습니다.

 

 

1. 자기 디스크

2. 자기 테이프와 자기 드럼 (자기 드럼 생략)

3. 광 기억 장치 (생략)

4. RAID

5. SSD (생략)

 

 

 

 

 

 

1. 자기 디스크

 

1-1. 자기 기억 장치의 동작 원리

- 강 자성체를 이용한다.

- 정보 쓰기 : 헤드에 전류를 흘려 자기장이 만들어지면 트랙이 헤드와 반대 극성으로 자화된다.

- 정보 읽기 : 트랙을 이동시켜 헤드를 통과하는 자기장이 변하면 헤드에 유도 전류가 흐르는 원리를 이용한다.

 

 

 

1-2. 자기디스크의 표면 구조

- 강 자성체로 코딩되어 있고 하드 디스크라고도 부른다.

 

1. 단일 헤드 디스크 : 헤드가 하나인 디스크

2. 다중 헤드 디스크 : 헤드가 여러개 존재하는 디스크

 

 

 

1-3. 자기디스크의 구조

섹터 : 디스크에 한번에 쓰거나 읽는 데이터의 최소 단위

섹터간 갭 : 섹터들을 구분하기 위한 간격

트랙간 갭 : 트랙들 사이의 간격 

 

등각 속도 vs 등선 속도

등각 속도 : 디스크가 일정한 속도로 회전하는 상태에서 트랙의 위치에 상관없이 데이터를 동일한 비율로 엑세스하는 방식

장점 : 디스크 쓰기/읽기 장치가 간단하다. 

단점 : 저장 공간이 낭비된다.

 

등선 속도 : 엑세스할 섹터의 위치에 따라 디스크의 회전속도가 달라지는 방식

장점 : 트랙 전체의 저장 밀도가 균일

단점 : 회전 구동 장치가 복잡해진다.

 

 

 

1-4. 자기디스크의 데이터 저장 형식

- 디스크 포맷 : 디스크의 구성을 검사하고 그에 관한 정보와 트랙의 시작점, 섹터의 시작과 끝을 구분하기 위한 제어 정보등을 디스크 상의 특정 위치에 저장하는 과정

- 갭 : 섹터를 분리한다.

- 동기화(sync) : 섹터의 시작을 나타내며, 타이밍 정렬을 제공한다.

- address mark : 섹터 번호 및 위치를 식별한다. 섹터의 상태도 확인 가능하다.

- data : 사용자의 모든 데이터를 포함한다.

- ECC : 읽기 또는 쓰기 중에 손상될 수 있는 데이터를 복구하거나 복원하는데 사용되는 오류 코드를 의미한다.

 

 

 

 

 

 

1-5. 디스크 드라이브의 구조

- 디스크 드라이브 : 여러개의 자기디스크 + 헤드 + 디스크의 팔 + 구동 장치 + 회전 축 + 전자회로 등을 의미.

 

디스크 이동성에 따른 분류

- 제거 불가능 디스크 : 디스크 드라이브 내의 고정시킨 디스크, 하드 디스크를 의미.

- 제거 가능 디스크 : 디스크 드라이브에 삽입 또는 제거가 가능한 디스크, 플로피 디스크를 의미.

- 실린더 : 서로 다른 디스크 포면에 위치하지만 위치가 같아서 데이터를 동시에 엑세스할 수 있는 트랙들의 집합, 표면당 트랙의 수를 의미.

- 원체스터 디스크 : 오류 발생율을 낮추면서 저장 용량을 늘리기 위해서 개발된 디스크 드라이브

 

 

 

 

 

1-6. 디스크 엑세스 시간

- 디스크 엑세스 시간 : 전송 요청에 대해 데이터가 전달될 때까지 걸리는 시간으로 정의

(디스크 엑세스 시간 = 탐색 시간 + 회전 지연 시간 + 데이터 전송 + 제어기의 오버헤드)

 

평균 탐색 시간 = 6ms

회전 지연 시간 = 

(10000rpm = 분당 10000회 회전 = 초당 10000/60회 회전)

((1회 회전 = 1 / (10000/60)) * (1/2) = 평균 회전 지연 시간)

데이터 전송 시간 = 512byte / 50Mbyte = 0.5K / 50M = 0.01ms

제어기의 오버헤드 : 0.2ms

(시간 = 거리/속력)

 

 

 

 

 

2. 자기테이프와 자기 드럼

자기테이프 : 순차 접근 기억 장치로 플라스틱 테이프 위에 자화 물질이 코팅되어 있으며 릴에 감아서 사용한다.

- BOT : 자기 테이프 시작을 의미

- IBG : 블록 사이의 간격을 의미

- EOT : 자기 테이프가 끝났음을 의미

- 블록화 인수 : 블록에는 여러개의 레코드가 들어가있는 구조인데 블록화 인수란 하나의 블록에 들어가는 레코드 수를 의미한다.

 

 

 

4. RAID

 

4-1. RAID의 출현 배경

- 한개의 대형 디스크를 사용하는 것보다 여러개의 작은 디스크들을 서로 연결하여 하나의 큰 용량을 가진 디스크 배열을 구성한다면 저렴한 가격으로 더 큰 용량을 가진 디스크 서브 시스템을 구성가능하기에 출현

 

장점

- 데이터 분산 저장에 의한 동시 엑세스 가능

- 병렬 데이터 전송 채널에 의한 속도 향상

단점

- 결함 발생 가능성 증가 (MTTF 단축)

기술

- 스트라이핑(분산)

- 미러링(중복)

- 패리티(무결성)

 

 

 

 

4-2. RAID-0

- 디스크 블록들을 여러개의 디스크들로 이루어진 디스크 배열에 분산 저장하는 기술

- 균등 분산 저장을 위해서 라운드-로빈 방식을 사용한다.

- 장점 : 엑세스 속도와 데이터 전송 속도를 높일 수 있다.

- 단점 : MTTF의 단축(어떤 하드웨어나 구성 요소가 사용을 시작해 고장날때 까지 동작한 시간의 평균치)

 

 

 

4-3. RAID-1 (Mirrored)

- 디스크 미러링 방식 사용 : 데이터 디스크에 저장된 모든 데이터들은 짝을 이루고 있는 미러 디스크의 같은 위치에 복사

- 용도 : 높은 신뢰도를 요구하는 소프트웨어나 저장소에 사용한다.

- 장점 : 거의 완전한 결함허용도 제공

- 단점 : 높은 가격

 

 

 

 

4-4. RAID-2 

- 비트-단위 인터리빙 방식 사용 : 데이터를 각 디스크에 비트 단위로 분산 저장

- 해밍 코드를 이용한 오류 검출 및 정정

- 용도 : 오류가 많이 발생하는 상황에서 사용

- 단점 : 필요한 검사 디스크들의 수가 많아 가격이 높다.

 

4-5 RAID-3

- 패리티를 이용한 오류 검출 및 정정 방식 사용

- 장점 : 병렬 데이터 읽기/쓰기 가능 -> 디스크 엑세스 속도 향상

- 단점 : 쓰기 동작마다 패리티 비트 갱신 필요 -> 시간 지연 발생