01 자기 디스크
[1] 자기 기억 장치의 동작 원리
- 자성 : 자석의 성질
- 자화 : 어떤 물질이 자성을 띠게 되는 것
- 자기장 : 자석의 힘이 미치는 공간
- 자성체 : 외부 자기장에 의해 자화될 수 있는 물질
강 자성체 : 외부 자기장에 의해 자화되고, 자기장이 사라져도 자성이 남음
상 자성체 : 외부 자기장에 두면 약하게 자화되지만 자기장이 사라지만 자성이 없어짐
반 자성체 : 외부 자기장과 반대 방향으로 자화됨
자성을 이용해 정보를 쓸 때
- 앙페르의 법칙 : 코일에 전류가 흐르면 코일 주변에 자기장이 생기고, 이 자기장을 통해 강 자성체를 자화시킴. 자기장의 방향은 입력 신호가 0이면 그대로, 1이면 반대로 바뀐다.
- 패러데이의 법칙 : 코일 주변을 지나가는 강 자성체의 자기장이 변하면 코일에 유도 전류가 흐른다. 자기장이 변하면 1, 변하지 않으면 0이 된다.
트랙
; 자기띠에 정보를 저장할 수 있는 강 자성체가 코팅되어 코일이 포함된 헤드를 통해 정보를 읽거나 씀
[2] 자기 디스크의 표면 구조
자기 디스크(=하드 디스크)
; 플라스틱이나 알루미늄 재질의 원형 평판에 자성 물질이 코팅 되어 있는 기억 장치
- 헤드
단일-헤드 디스크 : 디스크 팔에 부착된 하나의 헤드로 액세스 하여, 헤드를 이동시키는데 긴 시간이 소요됨
다중-헤드 디스크 : 디스크 팔 하나에 헤드가 여러 개 부착되어 헤드가 원하는 트랙으로 이동하는 시간이 적게 든다. 제작 비용이 많이 들어 특수한 상황에서만 사용함
- 단면 디스크 : 원형 평판의 한쪽 면만 자성체 물질로 코팅한 것
- 양면 디스크 : 양쪽 면을 코팅한 것
자기 디스크의 구조
- 트랙 : 정보를 저장하는 동심원 모양
- 섹터 : 디스크에 한 번에 쓰거나 읽는 데이터 크기의 최소 단위(블록 크기와 같음)
- 트랙간 갭 : 자기장 간섭으로 발생하는 에러를 방지하기 위한 트랙 사이의 간격
- 섹터간 갭 : 섹터를 구분하기 위한 간격
초기 디스크의 경우, 표면당 트랙의 수 = 500 ∼ 2000 개, 트랙당 섹터의 수 = 32 개
최근에는 저장 밀도(단위 길이당 비트 수)를 높이기 위해 표면당 트랙 수가 수천 개, 트랙당 섹터 수도 수백 개
위의 그림은 트랙 8개, 트랙당 섹터 16개
등각 속도와 등선 속도
등각 속도
; 안쪽 트랙의 저장 밀도를 높여 디스크가 일정 속도로 회전할 때 데이터를 동일한 비율로 액세스 할 수 있는 방식
- 장점 : 간결하고 액세스가 빠름
- 단점 : 안족 트랙보다 바깥쪽 트랙의 저장 밀도가 낮아 저장 공간을 낭비함
등선 속도
; 헤드가 바깥쪽 트랙에 접근하면 속도가 느려지도록 모터를 제어하여 데이터 전송 속도를 일정하게 유지하는 방식
- 장점 : 트랙 전체의 저장 밀도가 균일해져 저장 공간의 낭비가 없음
- 단점 : 회전 구동 장치가 복잡해짐
[3] 자기 디스크의 데이터 저장 형식
디스크 포맷
; 디스크의 구성을 검사하고, 그에 관한 정보와 트랙의 시작점, 섹터의 시작과 끝을 구분하기 위한 제어 정보 등을 디스크 상의 특정 위치에 저장하는 과정
- gap : 섹터를 분리
- sync : 섹터의 시작을 나타내며, 타이밍 정렬 제공
- address mark : 섹터 번호 및 위치 식별 + 섹터의 상태 확인
- data : 사용자의 모든 데이터 포함
- ECC : 읽기 또는 쓰기 중에 손상될 수 있는 데이터를 복구하거나 복원하는데 사용되는 오류 수정 코드 포함
IDEMA에서 512바이트 길이를 4096바이트로 변경할 것을 권고
위처럼 변하여, 더 많은 데이터를 저장할 수 있게 됨
계산하면 물리적 공간이 약 8% 증가함
계산하는 법 : 사용자 데이터/총 바이트 수
[4] 디스크 드라이브 구조
디스크 드라이브
; 헤드, 디스크 팔, 구동 장치, 자기 디스크를 회전시키는 축, 데이터 전송에 필요한 전자 회로 등을 포함
- 제거 불가능 디스크 : 디스크 드라이브에 자기 디스크가 영구 저장된 형태(ex. 하드디스크)
- 제거 가능 디스크 : 디스크 드라이브에 자기 디스크를 삽입하거나 꺼낼 수 있는 형태(ex. 플로피 디스크)
- 실린더 : 다른 표면에 있으나 위치가 같은 트랙의 집합
- 윈체스터 디스크 : 오류 발생률을 낮추면서 저장 용량을 늘리기 위해 개발된 디스크 드라이브
[5] 디스크 액세스 시간
; 하드 디스크의 속도로, 전송 요청에 대해 데이터가 전달될 때까지 걸리는 시간을 의미함
디스크 액세스 시간 = 탐색 시간 + 회전 지연 시간 + 데이터 전송 시간
(+ 큐 대기 시간, 디스크 제어기 시간, 버스 제이거 시간)
(1) 탐색 시간 : 헤드가 액세스할 데이터가 있는 트랙으로 움직이는 데 걸리는 시간
데이터의 지역성이 높으면 헤드의 이동 거리가 짧아져 평균 탐색 시간이 크게 줄어듦
디스크 부뭎을 더 작고 가볍게 함으로써 개선 가능
(2) 회전 지연 시간 : 디스크가 회줜해서 원하는 섹터가 헤드 아래에 위치하는 데 걸리는 시간
(3) 데이터 전송 시간 : 헤드가 액세스한 데이터를 전송하는데 걸리는 시간
02 자기 테이프와 자기 드럼
[1] 자기 테이프
; 순차 접근 기억 장치로 플리스틱 테이프 위에 자화 물질이 코팅되어 있으며 릴에 감아 사용
자기 테이프 기록 형식
- 길이는 보통 900, 1200, 1600, 2400 피트
- 0-7번은 정보 코드 저장, 8번은 오류 검출 패리티 비트 저장(주로 짝수 패리티)
기록 방법
- IRG : 레코드와 레코드를 구분
IRG가 많아지면 기록 용량이 적어짐
그래서 블록을 만듦 ⇒ 저장 효율 증가 + 전송 속도 향상
- 물리 레코드 or 물리 블록: 레코드의 집합
- 블록화 인수 : 블록 하나에 들어가는 레코드 수
- IBG : 블록과 블록 사이의 간격
(a) 정보를 길이가 고정된 레코드 단위로 기록
(b) 길이가 동일한 레코드들을 블록 하나로 묶음
(c) 가변 길이 레코드가 블록화되지 않은 경우로 전송 효율이 좋지 않음
(d) 가변 길이 레코드를 블록화하여 전송 효율이 좋음
이때, 자기 테이프의 기록 밀도는 1인치당 저장할 수 있는 문자나 바이트 수인 BPI로 나타냄
자기 테이프는 BOT, 블록, EOT 세 부분으로 구성되어 있고, BOT와 EOT는 자기 테이프의 시작과 끝을 나타낸다.
03 광 기억 장치
; 대용량의 정보를 손쉽고 빠르게 백업하거나 이동할 수 있는 장치로, 광 레이저 기술을 이용하여 영상이나 데이터 정보 등을 저장 및 재생
[1] CD-ROM
; 읽기 전용 콤팩트 디스크
고강도 레이저를 사용해 디지털 데이터를 피트와 랜드 형태로 저장함
마스터 디스크는 복사본을 찍는 형판을 만드는 데 사용함
피트와 랜드
- 랜드 : 빛이 흩어짐 없이 그대로 반사되어 광 센서로 들어옴
- 피트 : 빛이 확산되어 들어오지 않음
- 읽기 매커니즘에서 변이가 없으면 0, 있으면 1로 해석한다.
CD-ROM 트랙과 섹터 구성
트랙은 하나의 나선형으로 모두 연결되어 있으며, 동일한 길이의 섹터로 분할되어 있음
바깥쪽 트랙과 안쪽 트랙에 있는 섹터 수를 달리해 액세스할 위치에 따라 회전 속도를 가변시켜 데이터 전송률을 일정하게 유지
즉, 헤드가 안쪽 트랙을 액세스 할 때는 회전 속도를 높이고, 바깥쪽 트랙을 액세스할 때는 회전 속도를 낮추는 등선 속도
섹터 위치는 "MIN SEC SECTOR 번호" 형식으로 나타내는데, 이는 오디오 CD가 음악이 기록될 수 있는 시간으로 표시하기 때문이다. (1MIN =60SEC, 1SEC, 75섹터)
CD-ROM의 데이터 저장 형식
- SYNC 필드 : 섹터의 시작을 표시(16진수로 00 FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF 00)
- ID 필드 : 섹터 주소와 모드(mode) 정보 포함
모드 정보
(1) 모드 0 : 데이터 필요 X
(2) 모드 1 : 데이터 필드에 2048 데이터가 있고, ECC는 288바이트의 오류 정정 코드가 있음
(3) 모드 2 : 오류 정정 코드가 없고, 데이터 필드와 ECC 필드를 합한 2336바이트의 데이터가 저장됨. 음악, 그림, 비디오 등 오류 정정이 필요 없거나 오류가 발생해도 신뢰성이 중요하지 않은 경우에 사용함
- 데이터 필드 : 2048 바이트
- ECC 필드 : 오류 정정 코드(288 바이트). 모드 2에서는 데이터 필드로 사용
CD-ROM의 용량
- 지름과 시간이 커질 수록 용량이 커진다.
- 모드 1은 오류 정정 코드가 있기 때문에 모드 2보다 용량이 작다.
[2] CD-R과 CD-RW
CD-R (=WORM CD)
; 사용자가 강도 높은 레이저로 데이터 한 번 기록 가능
데이터는 쓰면 변경 불가
여러 번 읽는 것은 가능
염료층의 피트에서 레이저 광선을 비추면 염료의 화학적 변화가 일어나 태워지며, 랜드는 그대로 지나가면서 데이터를 기록
(c) → 데이터를 읽는 과정. 랜드는 빛이 반사되지만 피트는 반사 안 됨. 이를 통해 빛의 양으로 0과 1을 구분
CD-RW
; 여러 번 쓰는 것이 가능
반복 저장이 가능한 기록층이 존재
기록층은 결정 상태로 있다가 일정 온도 이상의 열이 가해지면 액체 상태로 변함
액체 상태에서 급속 냉각 시 비결정이 되고 서서히 냉각 시 결정이 된다.
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