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계인 강
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1 컴퓨터개론및실습 () 정보저장 () 2005 년겨울학기 문양세컴퓨터과학과강원대학교자연과학대학 In this chapter 컴퓨터가다루는데이터는 어떤장치들에저장되는지, 어떤형식으로저장되는지학습한다. 입력장치의종류 자기저장장치 광학저장장치 저장장치의성능측정 Page 2 1

2 We are now on 자기저장장치 광학저장장치 저장장치의성능측정 Page 3 저장장치의분류 저장장치는컴퓨터전원이꺼진상태에서도데이터를보관할수있다. 저장매체 (storage media): 데이터가저장되는물리적구성요소나물질을의미하며, 디스켓이그예이다. 저장장치 (storage device): 저장매체에데이터를쓰거나, 데이터를읽어들이는하드웨어를의미하며, 플로피디스크드라이브가그예이다. 저장장치기술의두가지주된방법 자기저장 (magnetic storage) 광학저장 (optical storage) Page 4 2

3 자기저장장치종류 디스켓 ( 플로피디스크 ) 하드디스크 ( 고정식, 착탈식 ) 대용량플로피디스크디스크카트리지자기테이프 Page 5 광학저장장치 CD-ROM: Compact Disk Read-Only Memory DVD-ROM: Digital Video Disk Read-Only Memory CD-R: CD-Recordable CD-RW: CD-ReWritable Page 6 3

4 자기저장장치의개념 저장의의미 : 저장매체에데이터를쓰거나읽어들이는과정을내포한다. 데이터를쓴다 : 차후에데이터를다시사용하기위해디스크표면에데이터를기록하는과정을일컫는다. 데이터를읽어들인다 : 디스크표면의데이터를찾아컴퓨터의메모리로데이터를옮기는과정을일컫는다. 디스켓드라이브, 하드디스크드라이브, 테이프등은표면이산화철등과같이자기적으로민감한재료코팅되어자기정보를저장하기에적합하다. Page 7 자기저장장치의원리 (1/3) 자기디스크는자기장에의해두개의방향중한방향으로자화될수있는철입자들로구성된다. 각입자들의방향은 CPU 가인식할수있는데이터들인 1(on) 또는 0(off) 으로나타낼수있다. 데이터쓰기 : 전자석이포함된판독 / 기록헤드가디스크나테이프표면을지나갈때저장매체의작은철입자들에자기장을건다. 데이터읽기 : 헤드는전류가전자석을통하지않은상태에서디스크또는테이프위를지나가면, 저장매체가헤드에자성은건다. Page 8 4

5 자기저장장치의원리 (2/3) 데이터가기록되는과정 기록헤드 ( 전자석기능 ) 저장매체 데이터가저장되지않은상태 전류방향제어 ( 기록 ) 정돈된입자들 ( 데이터가저장된상태 ) Page 9 자기저장장치의원리 (3/3) 데이터가기록되는과정 ( 계속 ) 저장매체가회전하는동안헤드는데이터를기록한다. Page 10 5

6 Diskette vs. Hard Disk (1/2) 공통점 : 미세한분자형태의산화철로코팅되어있다. 이동성측면에서는디스켓이유리하다. 디스켓은작고휴대가간편하다. 반면에, 하드디스크는일반적으로컴퓨터내부에고정되어있기때문에다른컴퓨터로의이동이용이하지않다. 용량측면에서는하드디스크가훨씬앞선다. 대부분의플로피디스크는저장용량이 1.44MB이다. 반면에, 하드디스크들은수 GB ~ 수십 GB 용량을가지므로, 디스켓의천배이상정도의데이터를저장할수있다. Page 11 Diskette vs. Hard Disk (2/2) 성능 ( 속도 ) 측면에서하드디스크가훨씬빠르다. 하드디스크의회전속도가디스켓에비해훨씬빠르다. 이에따라, 디스켓에비해디스크표면의데이터위치를찾는데에걸리는시간이짧다. Page 12 6

7 포매팅작업 (1/4) 포매팅 (formatting) 이란? 자기디스크를사용하기전에디스크의표면을자기적으로매핑하고, 컴퓨터가데이터의탐색없이바로특정지점으로접근하고, 어떻게저장할지를결정하는과정이다. 포매팅과정에서디스크드라이브는디스크표면에동심원의트랙을만들고, 각트랙을섹터로나눈다. 트랙하나는여러개의섹터로구성되며, 하나의섹터는통상 512 bytes 정보를저장한다. 디스켓은통상 80개의트랙을가지고, 트랙당섹터의수가일정하다. 하드디스크는이보다더많은트랙을가지며, 트랙당섹터의수가일정하지않을수있다. 디스크입출력의최소단위는섹터이다. ( 즉, 1 byte를쓰고읽는것은실질적으로 512 bytes를읽고쓰는것과같다.) Page 13 포매팅작업 (2/4) 윈도우운영체제는디스크에파일을저장할때클러스터 (cluster) 라고하는섹터들의묶음을할당한다. 클러스터를구성하는이유는성능을높이기위해서다. 즉, 한꺼번에많이읽고, 많이씀으로써성능을높일수있다. 그러나, 클러스터는단편화 (fragmentation) 현상을유발할수있다. Page 14 7

8 포매팅작업 (3/4) Windows O/S 에서의포맷작업 Page 15 포매팅작업 (4/4) 포맷된디스크 Tracks Page 16 8

9 디스크영역 (1/4) 운영체제가디스크에서데이터를찾는방법 트랙과섹터들에레이블 ( 번호 ) 이부여되고, 또한모든데이터들의위치는디스크의특별한부분 ( 파일테이블 ) 에일일이기록된다. 따라서, 운영체제는이들정보를사용하여디스크상의데이터위치를인식한다. 레이블이부여되는시점 : 논리적포맷을실행할때 논리적포맷 ( 低수준포맷, 소프트포맷 ): 트랙과섹터들에레이블을부여하는작업, 즉디스크상에서자기트랙과섹터의물리적인위치를새롭게정의하는작업이다. 高수준포맷 : 도스시스템파일이저장될부분을결정하고디스크상에서비어있는영역과사용중인영역을기록하는작업이다. Page 17 디스크영역 (2/4) 디스크가포맷될때운영체제는디스크의표면을네개의영역으로나눈다. 마스터부트레코더 (Master Boot Record : MBR) 컴퓨터를처음켰을때동작하는프로그램인마스터부트레코드를저장하며, 부트섹터라고도한다. 이프로그램은디스크가운영체제를성공적으로작동시키기위해필요한기본구성요소들을가지고있는지를확인한다. 파일할당테이블 (File Allocation Table: FAT) 각섹터들의상태와각파일들의위치를기록하는영역이다. FAT를액세스하면원하는파일을찾아갈수있다. Page 18 9

10 디스크영역 (3/4) 루트폴더 (or 루트디렉토리 ) 폴더 ( 혹은디렉토리 ) 개념을제공하여, 사용자가데이터를논리적으로저장할수있도록한다. 계층적폴더 ( 혹은디렉토리 ) 의맨상위폴더정보를가진다. 데이터영역 (Data Area) 데이터들을실질적으로저장하는공간이다. Page 19 디스크영역 (4/4) Page 20 10

(Floppy) Diskette (1/3) ( 플로피 ) 디스크드라이브는디스켓을판독,

디스켓용량 : 저밀도와고밀도 ( 표면에저장용량척도 ) 회전속도 : 300 회전 / 분 (0.

11 (Floppy) Diskette (1/3) ( 플로피 ) 디스크드라이브는디스켓을판독, 기록한다. 주된용도 소프트웨어를배포하거나 ( 시스템에새로운프로그램설치 ), 데이터를백업하거나, 네트워크나통신장비로연결되지않은컴퓨터간에파일을교환하기위해사용한다. 디스켓은 5.25 인치와 3.5 인치두가지유형이있다. 디스켓용량 : 저밀도와고밀도 ( 표면에저장용량척도 ) 회전속도 : 300 회전 / 분 (0.2 초 /1 회전 ) Page 21 (Floppy) Diskette (2/3) 5.25 인치디스켓 3.5 인치디스켓 걸어다니는디스켓 Page 22 11

12 (Floppy) Diskette (3/3) 플로피디스크드라이브구조 Page 23 Hard Disk (1/5) 하드? 플로피의반대개념으로사용한다. 하드디스크는스핀위에쌓인여러개의금속원반들을사용하고, 각원반들은각면당하나씩, 총두개의판독 / 기록헤드를가지고있다. 하드디스크는고품질의매체와디스켓보다빠른회전속도를사용한다. 착탈가능하드디스크는많은용량과디스켓의편리성을접목시킨다.( 속도, 저장용량, 간편성, 가격 ) 단점 : Head Crash 발생 ( 헤드와디스크사이에미세한틈새가막혀헤드와충돌 ) 하여데이터파괴될수있다. ( 교재 p. 162 의그림 5A.15 참조 ) Page 24 12

13 Hard Disk (2/5) 판독 / 기록헤드 스핀들 접근암 Page 25 자기코팅된알루미늄원반 Hard Disk (3/5) 회전속도 : 3600 ~ rpm 저장용량 : 수백 MB ~ 수십 GB 실린더 (cylinder): 모든디스크면에걸친트랙들의집합 Page 26 13

14 Hard Disk (4/5) Page 27 Hard Disk (5/5) Page 28 14

15 디스크용량 디스켓의저장용량은다양하나대부분 1.44MB 이다. 하드디스크는큰용량의데이터를저장한다. 최근 PC 는 80GB 혹은그이상의하드디스크를사용한다. HDD 용량 간략히표현하면, 전체트랙수 x 전체섹터수 정확히표현하면, 실린더수 x 헤드의수 ( 디스크면의수 ) x 평균트랙당섹터수 x 섹터당바이트수 300 rpm 으로회전하는디스켓과비교해대부분의 PC 의하드디스크들은 5400 ~ 10,000 rpm 으로회전한다. Page 29 기타장치 대용량플로피디스크 대용량플로피디스크 : 최대 250MB(?) 의저장용량과일반플로피디스크의휴대성을제공한다. 종류 : HiFD, Super Disk, Zip Disk Page 30 15

16 기타장치 디스크카트리지 작동중탈착가능하드디스크 (Hot-Swappable HDD): 전원이켜진상태에서장착및제거가능하다. (W/S, 서버등 ) 디스크카트리지 : 탈착가능하드디스크와유사하며, 최대 2GB 의데이터를저장할수있다. ( 예 : Jaz Disk) Page 31 기타장치 테이프드라이브 데이터접근속도가느리지만큰저장용량을제공하며, 비용도적게든다. 종류 : DAT(Digital Audio Tape), DLT(Digital Linear Tape), Page 32 16

17 We are now on 자기저장장치 광학저장장치 저장장치의성능측정 Page 33 광학저장의원리 (1/2) 광학디스크는대용량저장매체이다. ( 자기디스크대비 ) 광학저장장치는 디스크의데이터를반사면에저장하고, 이를레이저빔으로읽는다. 렌즈, 프리즘, 거울에의하여모아지는레이저광선을이용한다. 데이터의저장원리 금속면의평평한부분인랜드 (land) 와오목한부분인피트 (pit) 의형태로저장되며, 이들은각기빛을반사하는형태가다르다. 랜드에서는빛을센서로반사하여데이터비트를 1(on) 로인식하고, 피트에서는빛이산란되어데이터비트를 0(off) 으로인식한다. Page 34 17

최신제품의경우, 700MB 데이터혹은 80분정도의소리를저장한다. 일단데이터가 ( 일반적인 ) CD-ROM 디스크에기록되면, 데이터를수정하거나덮어쓸수없다.

18 광학저장의원리 (2/2) 1 0 Page 35 CR-ROM ROM (1/4) PC 에서가장널리사용되는광학저장기술로 Compact Disk Read-Only Memory 의약어이다. CD-ROM 디스크는 표준의경우, 650MB의데이터나 70분정도의소리를저장한다. 최신제품의경우, 700MB 데이터혹은 80분정도의소리를저장한다. 일단데이터가 ( 일반적인 ) CD-ROM 디스크에기록되면, 데이터를수정하거나덮어쓸수없다. 데이터는 CD-ROM 의가장자리에서시작해서중심으로감기는길고연속적인나선모양으로저장된다. ( 길이가 3 마일 ) 자기디스크와유사하게 CD-ROM 도섹터로구분되어있으나, 그배치는서로상이하다. ( 교재 p. 166 의그림 5A.21) Page 36 18

19 CR-ROM ROM (2/4) 1 배속드라이브 : 초기제품으로 150KBps 의속도로데이터를읽는다. 이후 2x, 4x, 으로속도가계속향상되었다. 최근 CD-ROM 드라이브는 72 배속 (10,800KBps) 이상의전송속도를가지며, 이속도는계속해서빨라지고있다. CD-ROM 은소프트웨어는물론오디오및비디오데이터등대용량데이터저장에유용하다. Page 37 CR-ROM ROM (3/4) CD-ROM 과 CD-ROM 드라이브들 Page 38 19

20 CR-ROM ROM (4/4) CD-R(Recordable) 기록가능한 CD를의미하며, 이를사용하여자신만의 CD-ROM 디스크를만들수있다. 그러나, 데이터를디스크에한번기록하면변경이불가능하다. CD-RW(ReWritable) 재기록 ( 지우고쓰고 ) 이가능한CD를의미한다. 일반적으로최대 100번까지재기록이가능하다. Page 39 DVD-ROM (1/3) Digital Video Disk Read-Only Memory CD-ROM 과는다른특수압축기술을사용하며, CD-ROM 에비해아주작은트랙을사용하여방대한저장용량을제공한다. 한쪽면 : 4.7 GB 양쪽면 : 9.4 GB 2층구조디스크 : 17 GB Page 40 20

21 DVD-ROM (2/3) DVD-ROM 디스크와드라이브 3 층구조의 DVD-ROM Page 41 DVD-ROM (3/3) DVD-R (DVD-Recordable) CD-R 과마찬가지로 DVD 디스크에데이터를기록할수있다. DVD-RAM (DVD-Random Access Memory) 재기록이가능한 DVD 디스크와드라이브를의미한다. 일반적으로, 영화 DVD 타이틀의경우복사방지가되어있다. Page 42 21

22 새로운저장기술 FMD(Fluorescent Multi-layer Disk)-ROM 디스크반사표면에특수형광물질을입히며, 계층수는 10 개이상이고, 용량은최대 140GB 이다. 스마트카드 (Smart Card) 신용카드크기에소형칩을포함하고있으며, 교통카드, 출입문제어, 신분증등으로널리활용되고있다. 홀로그래픽메모리수정체나합성체내부구조에데이터를저장하며, 각설탕크기에최대 1TB 를저장할수있을것으로예상된다. Page 43 We are now on 자기저장장치 광학저장장치 저장장치의성능측정 Page 44 22

23 드라이브의성능? 평균접근시간 (average access time) 얼마나빨리원하는데이터를찾는가? 데이터전송률 (data transfer rate) 얼마나빨리데이터를전송할수있는가? 평균접근시간이짧고데이터전송률이높을수록드라이브의우수하다. Page 45 평균접근시간 (1/3) 탐구시간 (seek time) 이라고도하며, 해당장치가판독 / 기록헤드를저장매체의임의위치로이동하는데걸리는평균시간이다. 기계적움직임이므로상당히느리다. 저장장치의경우접근시간은밀리초 (ms), 대부분의메모리의경우접근시간은나노초 (ns) 로측정된다. 디스크드라이브의경우접근시간은디스크의회전속도 (rpm) 와헤드가한트랙에서다른트랙으로이동하는데걸리는시간의합에따라좌우된다. Page 46 23

24 평균접근시간 (2/3) 디스켓드라이브의평균접근속도는 100 ms 이며, 하드드라이브는 6 ~ 12 ms 의평균접근속도를갖는다. CD-ROM 드라이브의접근시간은일반적인하드디스크드라이브의접근시간에비해훨씬느리다. 반면에, 모든저장장치가운데테이프드라이브가접근시간측면에서가장느리다. Why? Page 47 평균접근시간 (3/3) 드라이브에따른일반적인접근시간 장치정적 RAM (SRAM) 동적 RAM (DRAM) 판독전용메모리 (ROM) 하드디스크드라이브 CD ROM 드라이브테이프드라이브 일반적인접근시간 5-15 ns ns ns 6-12 ms ms s Page 48 24

25 파일압축 (1/2) 왜사용하지? 데이터저장공간을늘이거나, 많은자료를묶어서보관및전송하기위해서사용한다. 크기를줄여디스크의저장공간을확보하는방법이지만, 디스크성능을향상시키지않는다. 파일압축유틸리티를사용하여여러개의파일을하나의압축파일로만들수있다. ( 예 : WinZip, PKZIP, 알집 ) 윈도우의 DriveSpace 3 프로그램은하드디스크의전체를압축한다. 상당히위험하며, 속도가느려질수있다. Page 49 파일압축 (2/2) Page 50 25

26 데이터전송률 (1/2) 데이터를한장치에서다른장치로전송하는데에걸리는시간이며, 단위시간당전송되는데이터양을나타낸다. 초당 45 Kbytes를전송한다면, 데이터전송률은 45 KBps이다. 하드디스크는다른저장장치에비해데이터전송률이높다. (15 ~ 80 MBps) CD-ROM의경우, 수십 KBps 수준드라이브구입시, 데이터전송률은접근시간만큼이나중요하므로 MBps인지 Mbps인지주의가필요하다. Page 51 데이터전송률 (2/2) 하드디스크에서메모리로데이터전송 Page 52 26

27 디스크성능최적화 (1/9) 불필요한파일지우기 왜생기나? Windows는임시파일을많이생성하며, 이를모두지우지는않는다. 응용프로그램이임시파일을생성하기도한다. 어떻게지우나? Windows에서제공하는디스크정리 (Disk Cleanup) 유틸리티를사용한다. Page 53 디스크성능최적화 (2/9) 불필요한파일지우기 ( 계속 ) Page 54 27

28 디스크성능최적화 (3/9) 불필요한프로그램지우기 왜하나? 예전에설치했으나현재사용하지않는프로그램들을삭제하여공간을확보하고자사용한다. 어떻게하나? Windows에서제공하는프로그램추가 / 제거유틸리티를사용한다. Page 55 디스크성능최적화 (4/9) 불필요한프로그램지우기 ( 계속 ) Page 56 28

29 디스크성능최적화 (5/9) 디스크오류검사 왜하나? 디스크의오류를고치고, 오류로인해손상된데이터를복구함으로써, 디스크오류로인한성능저하를개선할수있다. 어떻게하나? Windows에서제공하는디스크검사유틸리티를사용한다. 주의할점은상당히오랜시간이걸린다는점이다. Page 57 디스크성능최적화 (6/9) 디스크오류검사 ( 계속 ) Page 58 29

디스크성능최적화 (7/9) 디스크조각모으기 왜하나? 파일의단편화 (fragmentation) 현상을해결하기위해서수행한다. 시스템을오랫동안사용하면자주변경된파일의경우단편화현상이발생하고, 이는성능저하의한요인이된다. ( 단편화개념은다음페이지를참조한다.) 어떻게하나?

30 디스크성능최적화 (7/9) 디스크조각모으기 왜하나? 파일의단편화 (fragmentation) 현상을해결하기위해서수행한다. 시스템을오랫동안사용하면자주변경된파일의경우단편화현상이발생하고, 이는성능저하의한요인이된다. ( 단편화개념은다음페이지를참조한다.) 어떻게하나? Windows에서제공하는디스크조각모음유틸리티를사용한다. Page 59 디스크성능최적화 (8/9) 디스크조각모으기 ( 계속 ) 단편화란파일들이계속생성, 변경, 복사, 삭제되면서하나의파일이연속적인위치가아닌여러위치에분산되어저장되는현상이다. 단편화가심하면, 파일을메모리로적재할때많은시간이걸린다. Why? 한파일은디스크전체에단편화될수있다. Page 60 30

31 디스크성능최적화 (9/9) 디스크조각모으기 ( 계속 ) Page 61 드라이브인터페이스표준 모든 PC 에서디스크드라이브와 CPU 간인터페이스로디스크컨트롤러를사용한다. 일반적인인터페이스로 EIDE(Enhanced Integrated Drive Electronics), SCSI(Small Computer System Interface) 가있다. EIDE: IDE 라고불리는드라이브인터페이스표준을개선한것으로수년간다양한형태로개선되어왔다. SCIS 의초기개념은하드디스크등의주변장치가컴퓨터시스템의버스에대한접근통로를제공하는것으로, 중대형컴퓨터에서많이사용되었다. Page 62 31

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Microsoft PowerPoint - 알고리즘_1주차_2차시.pptx Chapter 2 Secondary Storage and System Software References: 1. M. J. Folk and B. Zoellick, File Structures, Addison-Wesley. 목차 Disks Storage as a Hierarchy Buffer Management Flash Memory 영남대학교데이터베이스연구실