[파일처리] 2. 화일 저장장치

2.1 저장 장치의 계층

저장 장치: 저장 매체와 이 매체에 데이타를 기록하고 판독하기 위한 접근 장치(저장 매체 + 접근 장치)

저장 매체: 데이터를 저장하는 물리적 재료(소멸성(메인 메모리) vs 비소멸성(자기 디스크))

접근 장치: 데이터를 기록하고 판독하는 장치

 

소멸성: 저장된 데이터가 전원이 꺼지면 지워진다.

비소멸성: 저장된 데이터가 전원이 꺼져도 지워지지 않는다.

 

1차 저장 장치

- 메인 메모리: 데이터 접근 시간이 일정하고 빠르다, 프로그램/데이터를 처리하기 위한 작업 공간

- 캐시 메모리: 메인 메모리 성능 향상시킴

2차 저장 장치

- 자기 디스크: 데이터 접근 시간 불규칙하고 느림(10000배 정도 차이), 용량이 크고 싸서 주로 화일 저장에 사용, 저장된 데이터는 메인 메모리로 옮겨져 CPU에 의해 처리

보조 저장 장치

- 광 디스크

- 자기 테이프

저장 장치의 유형

• 캐시 메모리
• 메인 메모리
• 플래시 메모리
• 자기 디스크
• 광 디스크
• 자기 테이프

캐시 메모리

가장 빠르고 가장 비싼 저장 장치. 용량은 아주 작다.
SRAM(Static Random Access Memory)

데이터를 유지하기 위해 자주 재생할 필요 없음

CPU 성능 증진 목적

 

메인 메모리

프로그램 실행과 이에 필요한 데이타를 유지하기 위해 사용

DRAM(Dynamic Random Access Memory) -> SRAM에 비해 속도 느리지만 값이 싸고 유도리 있는 용량, 재충전 필요함

데이타 화일을 전부 저장하기에는 용량이 너무 적고 비용이 많이 듬

소멸성 -> 데이터를 저장에는 부적합

 

플래시 메모리

EEPROM(Electrically Erasable Programmable read-Only Memory)

고밀도, 고성능 메모리

비소멸성

메인 메모리와 비슷한 접근 속도 가짐

단, 단점은 블록 단위이기 때문에 데이타를 재기록할 때 한 블록 전체를 동시에 지우고 다시 기록해야 함

 

자기 디스크

데이터 저장 장치의 주 매체

반드시 디스크에 있는 데이터 처리를 하기 위해서는 메인 메모리를 거쳐야 함(그 후 변경된 데이터는 다시 디스크에 기록)

일반 메인 메모리에 비해 100000배 접근 속도 느림

But, 용량이 아주 크고 싸고, 비소멸성

 

광 디스크(CD)

CD-ROM

광학적으로 저장하고 레이저로 판독

용량이 크고 보존 기간이 길다(자기 디스크보다 훨씬 오래 보존 But, 시간은 느림)

DVD - 광 디스크 표준, 4.5GB~15GB

 

자기 테이프

데이터의 백업과 보존을 위한 저장 매체

디스크에 비해 훨씬 저렴하지만 접근 시간 아주 느림(처음부터 순차적으로 접근해야 하기 때문)

순차 접근 저장 장치 <-> 디스크 저장 장치 == 직접 접근 저장 장치(어디서든 읽을 수 있기 때문)

테이프 쥬크 박스(대용량 데이터 저장 가능): TB 규모

아주 대용량의 데이터를 저장할 때 사용 ex) 위성 원격 탐색 데이터

 

저장 장치의 계층

위로 올라갈수록 비용은 비싸고 접근 속도는 빠르다.

저장 장치의 계층

디스크는 데이터 처리를 위해 어느 때든 접근할 수 있기 때문에 온라인 저장 장치라고도 한다.

자기 테이프나 광디스크 쥬크 박스는 데이터 접근하려 할 때 오퍼레이터나 로봇 암이 적절한 테이프를 장착하기 위해 어떤 보조 작업이 있어야 하기 때문에 오프라인 저장 장치(데이터 처리가 아닌 데이터 보존을 위해 사용하기 때문에 3차 저장 장치라고도 함)라고 한다.

 

2.2 디스크 저장 장치

2.2.1 하드 디스크

직접 접근 저장 장치 중 가장 많이 쓰이는 장치(DASD, Direct Access Storage Device)

 

- 하드 디스크 or 디스크: 단단한 금속이나 유리로 만들어진 디스크 원반에 자기 기록 물질로 코팅한 디스크

- 플로피 디스크: 유연한 원반으로 만든 디스크

 

분류 기준

• 기록 표면의 수
• 데이터 전송률
• 기록/판독 헤드 이동 시간
• 접근 방법
• 회전 지연
• 밀도

디스크의 물리적 특성

디스크 팩

하나 이상의 디스크 원반으로 구성(보통 6~20개의 원반)

원반 직경 - 10.5인치, 14인치, 보통 소형의 경우 (1~3.5인치)

트랙: 원반 각 면에 있는 수천에서 수만 개의 동심원, 하나의 비트 0이나 1을 저장하는 많은 점들로 구성(각각 서로 다른 자화 방향으로 표현)

기록 표면: 양면 사용(맨 위/아래 면 제외) ex. 6개의 디스크는 10면

판독/기록 헤드가 디스크 표면에 닿게 되면 헤드 충돌 일어남

디스크 구동기

제어기, 접근 암, 판독/기록 헤드, 팩 회전 장치로 구성

고정식, 탈착식

디스크 제어기

원하는 데이터가 어느 구동기, 어느 면, 어느 주소에 있는지 판독

버퍼 관리

오류 발견/수정

판독/기록 관리

데이타 저장

디스크의 구성

트랙: 갭으로 분리된 섹터들로 구성

섹터: 기록과 판독 작업의 최소 단위(오류에 대해서도)

실린더: 지름이 같은 모든 트랙

 

섹터가 모여서 -> 트랙이 모여서 -> 실린더!

 

블록

디스크와 메인 메모리 사이에 전송되는 데이터의 논리적 단위

블록은 하나 이상의 섹터에 저장(+하나 이상의 논리적 데이터 레코드가 포함)

 

각 트랙과 섹터의 기록 용량은 모두 동일

유동 헤드 디스크와 고정 헤드 디스크

유동 헤드 디스크

각 기록 면마다 판독/기록 헤드가 있음

데이타를 판독/기록 시 헤드가 원하는 트랙에 위치하도록 접근 암을 이동

전송 시간: 데이터를 동일 면 보다는 동일 실린더에 저장하는 것이 더 효율적

 

고정 헤드 디스크

각 기록 면의 각 트랙마다 하나의 판독/기록 헤드가 있음

판독/기록을 위해 헤드를 이동시킬 필요가 없음

속도 빨라지지만 가격이 비싸지고 용량 작아짐(헤드가 차지하는 공간 때문에)

 

윈체스터 디스크

기록 면, 접근 장치, 판독/기록 헤드가 함께 밀봉

기록 밀도가 높음-헤드가 디스크에 근접

보편적인 하드 디스크는 윈체스터 디스크

특성

- 용량: 수 GB - 수십 GB

- 회전 속도: 5400-10000 rpm

- 전송률: 5-50MB/초

 

플로피 디스크

유연한 디스크 저장장치

2.3 디스크 저장 장치의 특성

디스크의 특성 요소

- 회전 속도

- 디스크 드라이브의 원반 수

- 기록 면당 트랙 수

- 트랙당 섹터 수

- 섹터(트랙)당 바이트 수

 

중요중요

디스크 드라이브- 원반 수: 8개, 기록면: 16개

16384(2의14제곱)개의 트랙/기록면

128(2의7제곱) 섹터/트랙

4096(2의12제곱) 바이트/섹터

용량: 16면*16284트랙*128섹터*4096바이트 = 128(2의37제곱)GB

B(8bit = 1byte) < KB(2의 10제곱) < MB(2의 20제곱) < GB(2의 30제곱)

2.4 디스크 데이타 접근

메인 메모리나 캐시에서만 연산 작업이 가능

디스크와 메인 메모리 사이에 데이타 블록 전송이 필요

 

블록은 하나 이상의 섹터로 구성

-> 판독/기록해야될 블록이 위치하는 트랙이 포함된 실린더에 판독/기록 헤드가 위치

-> 디스크가 회전하면서 블록이 포함된 섹터들을 헤드가 인식, 판독/기록한다.

 

데이타 접근 시간

한 블록을 판독하기 위해 명령을 내린 순간부터 그 블록의 데이타가 메인 메모리에 나타나는 순간까지의 시간(밑에 3개 시간을 합친 시간)

- 탐구(탐색) 시간

- 회전 지연 시간

- 전송 시간

 

탐구 시간(seek time)(s)

원하는 데이터가 있는 실린더(또는 트랙)에 판독/기록 헤드를 위치시키는데 걸리는 시간

헤드 이동 거리와 시간 관계는 비선형적

속도 평가로 평균 탐구 시간 사용

s = c + δ * i

c: 접근 장치가 처음 가동하는데 걸리는 일정한 시간 

δ: 단위 거리 이동 시간(트랙당 이동 시간)

i: 트랙 간의 간격을 단위로 이동한 거리(트랙 개수)

c + δ < 1 회전 -> 1회전 안에 데이터를 찾는다

회전 지연 시간(seek time)(r)

탐구 완료에서 데이타 전송 시작까지의 지연

목표 트랙에서 판독/기록 헤드 밑에 블록의 첫 번째 섹터가 위치할 때까지의 시간

분당 디스크 회전수: rpm

디스크 회전 속도 및 회전수(ms): rpm/(60*1000)

1회전 시간: 회전속도 및 회전수의 역수 -> (60*1000)/rpm

 

평균 회전 지연 시간

r = 1/2 * (60*1000)/rpm

1회전 소요 시간

2r = (60*1000)/rpm

전송 시간(transfer time)

블록의 섹터들과 이들 사이의 갭들이 헤드 밑을 회전하며 통과하는데 걸리는 시간

트랙 크기 250000B, 1회전 소요시간 10ms -> 25MB/sec 판독 가능

 

전송률

초당 데이타가 메모리로 전송되는 속도(MBps), 25MBps