[독학사][컴퓨터 시스템 구조] 08 보조기억장치

l  보조기억장치의 특성 : 매체, 용량, 저장 장치, 접근 속도

l  접근하는 방식에 따라 직접 접근 기억장치 / 순차 접근 기억장치 구분

l  이동식 모터와 헤드 가진 기계식 장치

l  헤드가 원하는 데이터의 위치에 도달하기 위한 탐색시간, 데이터 전송 시간으로 인해 접근 속도 느림

l  탐색시간이 전송시간보다 길어 레코드나 블록으로 데이터 저장

 

1절  자기디스크

l  자기디스크는 원형 플래터 위에 자성으로 데이터 표현

l  플래터 : 하나의 중심 축에 여러 장 원판 쌓여 있는 형태

l  디스크 제어 레지스터가 메모리 매핑 입∙출력을 통해 직접 액세스 할 수 있음

l  디스크에 저장된 데이터는 디스크와 메모리 간의 블록 전송을 통해서만 엑세스 가능

l  디스크의 입∙출력 대역폭과 저장 공간을 고려해야 함

l  주기억장치 속도는 나노급, 보조기억장치 속도는 메가급이라 속도 차이 고려해야 함

l  디스크를 시스템에 연결하는 방식에는 IDE, SATA, SCSI, 광 채널, SAS 등 있음

 

1.     디스크의 구성

n  플래터 : 자성 재료로 덮인 두 표면. 비휘발성 저장 공간 제공

n  트랙 : 데이터가 기록되는 플래터 상의 위치. 섹터로 나누어짐

n  실린더 : 서로 다른 플래더에 있는 트랙이 형성하는 집단. 동심축에서 같은 거리에 있는 트랙 집합

n  섹터 : 트랙에서 주소가 지정되는 최소 단위 영역. 디스트 포맷하는 동안 설정됨

n  블록 크기는 여러 개의 섹터로 이루어짐

n  데이터 읽어오고 쓰는 순서

1)    헤드를 해당 트랙으로 이동

2)    데이터를 저장

3)    원하는 데이터가 저장된 섹터의 주소를 찾아감

 

2.     데이터 접근 시간

n  탐색시간 : 원하는 데이터가 저장된 트랙을 찾는데 걸리는 시간

n  회전 지연 시간 : 원하는 데이터 있는 섹터에 디스크 헤드가 도달하는 시간

n  데이터 전송시간 : 헤드가 데이터를 읽기 위한 시간

n  데이터 접근 시간 : 탐색시간 + 회전시간 + 전송시간

접근 시간은 실런더의 수, 데이터 밀도, 회전 속도와 비례

영향을 주는 다른 요인 : 입∙출력 처리하는 CPU time, 주기억장치 경쟁, 제어기 경쟁, 체크섬 블록 교정, 버스 경쟁, 스케줄링 큐

 

3.     디스크 처리량

n  초당 데이터 처리 능력

n  데이터 크기를 데이터 전달 시간으로 나눈 값

 

4.     시스템 버스의 종류

1)    병렬 ATA(PATA)

u  기억장치 연결하는 표준 인터페이스

u  데이터 경로를 여러 개로 분산시켜 성능을 높이는 병렬 구조 특성 때문에 40개의 핀으로 구성된 복잡한 구조의 커넥터와 케이블 사용

u  장치 및 케이블 소형화 하는데 불리

u  신호의 누락, 오류 발생 할 여기 큼

u  안정성과 속도 저하

u  직렬 ATA로 대체됨

 

2)    직렬 ATA(SATA)

u  APTA에 비해 빠른 전송 지원

u  핫 스왑 지원 : 전원이 켜진 상태에서도 하드디스크 드라이브를 교체할 수 있는 기능

메인보드 및 운영체제에서 AHCI 규격 지원해야 가능

 

3)    SCSI

u  스카시

u  직렬 방식으로 컴퓨터 주변기기를 연결할 때 사용하는 표준 인터페이스

u  입∙출력버스 접속하는데 필요한 기계적 전기적 요구 사항과 모든 주변기기 장치 중심으로 명령어 집합에 대한 규격

u  주변기기의 번호만 각각 지정해주면 자료 충돌 없이 주변 기기 제어 가능

 

4)    광채널

u  광섬유 케이블에 의해 전송된 광신호로 입∙출력자료를 실행

u  원거리 & 고속 정보 전송 가능

u  케이블, 접속 기구 등의 공간도 줄어 듬

 

5)    SAS

u  주기억장치로 데이터 송/수진할 수 있는 점 대 점 직렬 프로토콜

u  병렬 SCSI 버스 기술 대체함

 

2절  자기테이프

l  자기 테이프는 구멍 뚫린 천공카드에서 데이터 읽어 테이프상에 저장

l  백업 용도로 사용(저렴)

l  분류

운영 모드, 블록 모드, 스트리밍 모드

기록 시 고정헤드 사용, 이동식 헤드 사용

l  원판 모양 장치 릴 자기테이프 드라이버

l  블록 주소 : 제어 비트 포함 4바이트

l  블록 : 레코드로 구성. 레코드와 레코드 간에는 일정한 갭이 있어 레코드를 구분 -> IRG

l  블록 사이의 갭 : IBG

 

3절  광기억장치

l  레이저를 이용하여 데이터 기록

1.     CD-ROM

n  데이터 추가, 수정, 삭제 불가능

n  레이저 장치로 레이저 광선을 쏘아 CD-ROM의 구멍들을 읽어 비트 신호 만듦

n  표준 규격의 CD-ROM은 약 650MB 용량

n  동작 원리

(1)   디스크 표면에 홈을 파 미끄러움 방지

(2)   홈에 레이저 빔 쏴서 반사되는 빛 광센서로 검출

(3)   검출된 빛을 디지털 신호로 변환

(4)   데이터의 엑세스는 순차적 방식 사용

 

2.     DVD

n  CD와는 다른 포멧으로 저장 -> UDF로 저장

n  싱글 레이어 : 용량 4.7GB / 듀얼 레이어 : 8.5GB

듀얼 레이어는 DVD 기록 장치가 듀얼 레이어 지원해야 정상적으로 구울 수 있음

n  Digital Versatile Disc

 

3.     Flash Drive

n  USB 포트에 꽂아 쓰는 플래시 메모리

 

4절  레이드

1.     개요

n  데이터 저장 가상화 기술

n  데이터 중복성, 성능 향상 등을 위해 물리적 디시크 드라이브를 마치 1개의 디스크처럼 결합

상대적으로 저렴한 DISK를 다수 개 연결해서 성능 맞추자~ 는 발상

n  신뢰성은 떨어지지만 가격이 저렴

 

2.     구성 방식

1)    RAID-0

u  최소 드라이브 개수 : 2 / 최대 용량 : 디스크 수 * 디스크 용량

u  스트라이프 방식

u  데이터를 블록으로 나누어 블록 별로 다른 디스크에 저장

u  I/O 로드가 1/4가 되어 속도가 4배!

u  동일한 용량의 하드를 사용해야 함

큰 용량 + 작은 용량 묶으면 작은 용량의 하드디스크로 하향으로 묶임

u  드라이브 하나라도 고장 나면 전체 디스크 배열이 고장 날 수 있음

u  디스크 추가할수록 위험 증가

 

2)    RAID-1

u  최소 드라이브 개수 : 2, 최대 용량 : 디스크 용량

u  미러링 방식

u  저장되는 모든 데이터는 N개의 물리적 디스크에 각각 저장 -> 모든 데이터는 복제됨

데이터 손실이나 유실 방지하기 위한 목적으로 사용

u  하나 고장 나도 안전

u  드라이브 두 개에 동일한 데이터 써야 되기 때문에

전체 용량의 절반 밖에 못쓴다는 단점

쓰기 성능이 나쁘지만 다른 방식보단 우수하다 ㅋㅋㅋㅋ 뭐지

 

3)    RAID-2

u  최소 드라이브 개수 : 3, 최대 용량 : (디스크 수 -1) * 각 디스크 용량

u  오류 정정 부호(ECC)를 기록하는 전용의 하드디스크 이용

u  비트 단위에 해밍코드 적용

u  하나의 멤버 디스크 고장 나도 ECC 이용해 정상적으로 작동 하지만 추가 연산 필요

è 입출력 속도 매우 나쁨

è 병목 현상!

u  ECC 기록용 디스크 수명이 다른 디스크에 비해 짧아져 지금은 쓰지 않음

 

4)    RAID-3

u  최소 드라이브 수 : 3, 최대 용량 : (디스크 수 -1) * 각 디스크 용량

u  데이터는 바이트 단위로 쪼개져 모든 디스크에 균등하게 분산 저장됨

u  패리티 정보가 별도의 전용 디스크에 저장

u  한 개 드라이브 고장 나는 것을 허용

u  순차적 쓰기 성능과 순차적 읽기 성능 우수

u  패리티 디스크에 장애가 발생하면 복구 불가능

u  임의 쓰기 성능 나쁘고 임의 읽기 성능은 좋음

 

5)    RAID-4

u  최소 드라이브 개수 : 3 최대 용량 : (디스크 수 -1) * 디스크 용량

u  모든 파일을 블록으로 쪼개고 각 블록은 여러 디스크에 저장되지만 불균등함

u  패리티를 처리하는 별도의 디스크 사용

u  동시 트랜잭션 사용량이 많은 시스템에서 읽기 속도 중요한 데 이런데 적합

u  읽기 성능은 좋지만 쓰기 성능은 나쁨

 

6)    RAID-5

u  최소 드라이브 개수 : 3, 최대 용량 : (디스크 수 -1) * 디스크 용량

u  블록 어느 정도 불균등하게 분산 저장

u  패리티 정보가 모든 디스크에 나눠 저장됨

u  한 개의 드라이브 고장 나도 운영 상 문제는 없음

u  ECC 드라이브를 분산시켜 병목현상 방지

u  ECC 알고리즘 때문에 RAID-0보다 성능 떨어짐

u  디스크 재구성이 매우 느리고 쓰기 성능도 패리티 정보 끊임없이 갱신해야 돼서 빠르지 않음

 

7)    RAID-6

u  최소 드라이브 개수 : 3, 최대 용량 (디스크 수 -2) * 디스크의 용량

u  데이크 블록은 모든 디스크에 분산 저장 항상 균등하지는 않음

u  패리티 정보 모든 디스크에 나뉘어 저장

u  두 개 드라이브 까지 고장 나는 거 허용

u  읽기 성능 우수

u  쓰기 성능은 패리티 여러 번 갱신해야 해서 RAID-5보다 나쁨

u  디스크 재구성하는 동안 성능이 매우 나빠질 수 있음

 

8)    RAID 1+0

u  최소 드라이브 개수 : 4, 최대 용량 : 디스크 수 / (RAID-1로 묶는 디스크 개수) * 디스크 용량

u  RAID-1방식으로 먼저 묶고 그 다음 RAID-0로 묶는 방식

u  RAID-0의 속도 + RAID-1의 안정성

 

9)    RAID 0+1

u  최소 드라이브 개수 : 4, 최대 용량 : 디스크 수 / (RAID-0로 묶는 디스크 개수) * 디스크 용량

u  RAID-0으로 먼저 묶고 그 다음 RAIN-1로 묶음

u  RAID 1+0보다 기술적으로 단순

확률적으로 안정성 떨어짐, 복구시간 오래 걸림