[컴퓨터 사이언스] 컴퓨터 하드웨어 - 보조 기억 장치

컴퓨터 사이언스에 관해 공부한 내용을 정리한 글입니다. 

 

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1. 보조 기억 장치

 

 주기억 장치는 적은 자료를 기억하여 고속으로 처리한다. 그에 반해 많은 양의 자료를 기억시켜 관리하기 위한 장치를 보조 기억 장치 또는 2차 기억 장치(secondary memory)라 한다. 보조 기억 장치의 자료를 액세스 하는 방법에 따라 순차 액세스와 임의 액세스로 분류할 수 있다. 

 

순차 액세스(sequential access)

 물리적으로 저장된 순서에 따라 자료를 검색해 나가기 때문에 일괄 처리(batch processing)에 적합하다. 그렇기 때문에 빠른 액세스가 요구되는 실시간 처리에는 잘 사용되지 않는다. 

 사용 예) 자기 테이프

 

임의 액세스(random access)

 원하는 레코드에 직접 액세스할 수 있는 방식. 레코드를 순차적으로 읽지 않기 때문에 원하는 데이터를 빠르게 검색할 수 있다. 주로 실시간 처리 시스템에서 사용된다. 

 사용 예) 자기 디스크

 

 

2. 보조 기억 장치의 종류

 

자기 테이프(magnetic tape)

 플라스틱 테이프의 표면에 자성 도료를 입혀 제작된 것.

 

1) 특성

 녹음 테이프와 비슷하게 생겼는데 폭이 1/2~3/4인치 정도로 넓고 기록 밀도가 높다. 

 

요즘 애들은 알까...ㅎ

 

대량의 자료를 반영구적으로 보관할 수 있고 가격이 저렴하다는 장점을 가지고 있다. 하지만 테이프가 릴에 순차적으로 감겨 있기 때문에 자료의 순차적 처리만 가능하다. 

 

2) 기록 밀도

 자기 테이프 1릴(reel)의 길이는 보통 800, 1,200, 1,600, 2,400 피트(feet) 등이며, 테이프의 기록 밀도는 테이프 1인치 당 저장될 수 있는 문자(character)의 수 혹은 바이트(byte)의 수로 계산 되고 있다. 이 기록 밀도의 단위를 BPI(Byte Per Inch)라고 하며 800, 1,600, 3,200, 6,250, 20,000BPI 등의 기록 밀도가 있다. 

 자기 테이프는 최초로부터 4~5m 지점에 BOT(Beginning of Tape) 마커가 있고 끝의 6~7m 앞지점에 EOT(End of Tape) 마커가 있는데, 이 부분에는 자료를 수록할 수 없다. 

 자기 테이프의 전송 속도는 IPS(Inch per Second)로 나타내는데 이는 초당 테이프의 헤드 위를 지나가는 길이를 말한다. 

 자기 테이프는 7개 또는 9개의 트랙(track)으로 구성되어 데이터를 표현한다. 자료의 저장은 ASCII 코드나 EBCDIC 코드로 표현된다. 파일의 갱신과 보수를 쉽게 하기 위하여 레이블을 사용하는데 레이블에는 표준 레이블, 비표준 레이블, 레이블이 없는 것 세 가지 종류가 있다. 

 

3) 저장 방법

 레코드는 자기 테이프에 순차적으로 기록되고 읽혀진다. 이 때 테이프가 레코드를 읽거나 기록하는 과정에서 테이프를 출발시키거나 멈추게 하는데는 물리적인 가속 및 감속 구간이 필요한데, 이를 IRG(Inter Record Gap)로 나타낸다. IRG의 길이는 약 0.3~0.75인치로 각 레코드마다 IRG를 두게 되면 비효율적이다.(그만큼 저장할 수 있는 공간이 줄어드니까) 따라서 효율성을 위해 몇 개의 레코드를 묶어서 한 개의 물리적 레코드로 만들어 준다. 이것을 블록화라고 하며 하나의 블록에 포함된 논리 레코드의 수를 블록화 인수, 각 블록 사이의 간격을 IBG(Inter Block Gap)라 한다. 

 

4) 자기 테이프의 레코드 형식

고정 길이 비블록 레코드(fixed unblock record) : 블록화되지 않은 고정 길이 레코드. 물리 레코드와 논리 레코드의 길이가 같다.

고정 길이 블록 레코드(fixed block record) : 블록화된 고정 길이 레코드. 레코드의 길이가 일정하며 하나의 물리 레코드 내에 2개 이상의 논리 레코드가 존재한다. 

가변 길이 비블록 레코드(variable unblock record) : 블록화되지 않은 가변 길이 레코드. 각 논리 레코드의 길이가 일정하지 않다. 

가변 길이 블록 레코드(variable block record) : 블록화된 가변 길이 레코드. 길이가 일정하지 않은 논리 레코드가 블록화되어 있는 형식이다.

부정 형식 레코드(undefined record) : 길이를 나타내는 필드가 없는 가변 길이 레코드. 비블록 레코드이다. 

 

 

자기 디스크 장치

 

 대용량을 저장할 수 있고 임의로 호출이 가능하기 때문에 은행 업무, 좌석 예약 업무 등 실시간 처리가 요구되는 자료 처리에 효율적이다. 처리 속도는 1,200~3,600 회전/분이며, 기록 밀도는 한 트랙당 3,000~13,000 바이트, 즉 60만~520만 바이트가 수록된다. 

 자기 디스크 장치는 여러 디스크가 하나의 축에 연결되어 있는데 이것을 디스크 팩(pack)이라 한다. 그리고 각 면의 트랙을 수직으로 연결한 트랙군을 실린더(cylinder)라 한다. 트랙과 실린더에는 고유 번호인 트랙 번호와 실린더 번호가 있어서 기억 매체상의 주소(address)가 할당되어 있기 때문에 데이터에 직접 액세스 하는 것이 가능하다. 

 

 

자기 드럼 장치(magnetic drum)

 

 초기에 사용되던 주기억 장치. 새로운 기억 장치가 개발되면서 보조 기억 장치로 사용되기 시작했지만 현재는 그마저도 잘 안 쓴다. 직경 20~30cm인 금속 원통의 표면에 자성 물질을 입힌 드럼으로 드럼을 회전시킬 때 표면에 헤드를 접근시켜 기억된 내용을 읽거나 새로운 내용을 기억시킨다. 

 

 

플로피 디스크 장치

옛날 생각이 나는

 

 자기 디스크와 같이 데이터를 직접 액세스하며 가볍과 취급이 간편한 반면, 먼지, 햇볕, 열 또는 자성 물질에 가까이 두지 않는 등 관리상 주의가 필요하다. (윈도우 98 시절에 많이 쓰다가 지금은 쓰지 않는)

 기록 방법에 따라 단밀도, 배밀도, 고밀도 등이 있으며, 2D는 양면 배밀도를 뜻하고 2HD는 양면 고밀도를 뜻한다. 

 

 

하드 디스크(hard disk)

 

 개인용 컴퓨터의 보조 기억 장치로 널리 사용되고 있다. 동작 속도는 ms로 나타내며, 보통 평균 액세스 속도와 트랙간 이동 속도, 최대 이동 거리 속도 등을 표시한다. 평균 속도가 빠를수록 전체적으로 동작이 빠르며 가격도 높아진다. 하드 디스크는 본체에 내장되어 사용되는 것이 보통이나 기억 용량의 증가, 편의성 등으로 외장형 하드 디스크도 사용되고 있다. 

 

 

광학 디스크(optical disk)

 레이저를 이용해서 자료를 기록한다. 레이저가 필요한 표면에 도착하면 표면을 태워서 비트 형태의 데이터를 저장한다. 광학 디스크는 데이터가 잘 지워지지 않는 백업 파일, 역사적 기록 등의 분야에 이용된다. 

 

광 디스크의 종류

1) CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)

 

 지금이 12cm인 소형 디스크 위에 정보를 기록, 저장 및 검색할 수 있는 형식의 시스템으로 광학 드라이브를 이용해서 읽을 수 있다. 원본에 정보를 기록하기 위해서는 WORM 장치가 사용된다. 오디오 디스크, 비디오 디스크, 각종 상품화된 소프트웨어의 저장에 이용된다. 

 

2) WORM(Write Once Read Memory)

 디스크에 단 한 번만 정보를 기록할 수 있고 기록한 후에 지울 수 없고 판독만 할 수 있는데, 그 후에는 드라이브에 있는 데이터가 삭제되지 않도록 보호하는 데이터 저장기술이다. 문서용 파일, 비디오용 파일 등에 이용된다. 

 

3) MO DISK(Magneto Optical Disk) 광자기 디스크

 

 자기광학 디스크라고도 하며 자기박막의 광자기 효과를 이용하여 자료를 기록하고 읽어낼 수 있는 CD-ROM 형태의 외부 기억 매체. 

 자료를 기록할 때엔 레이저광을 사용하여 자화시키는데 이 자화가 유지되어 정보가 기록된다. 

 판독시엔 피트(pit: 광자기 디스크 표면의 미세한 홈)에 반사되는 빛의 유무로 데이터를 판독한다. 

 광자기 디스크는 3.5인치 디스켓보다는 빠르지만 하드 디스크보다는 느리다. 광자기 디스크는 자료 백업용 기억매체로 사용하기 좋으며 이동이 간편하고 신뢰성이 높은 것이 장점이다. 오디오용, 비디오용, 컴퓨터 데이터 파일 등에 이용된다. 

 

4) DVD

 CD에서 더 발전한 광학 디스크 기술을 이용하는 저장매체이다. 외형은 CD와 같지만 다른 포맷으로 저장되며 높은 용량을 가지고 있다. 

 DVD는 MPEG-2 파일과 압축 표준을 사용한다. MPEG-2 이미지들은 MPEG-1 이미지의 4배 해상도를 가지며, 2개의 필드가 하나의 이미지 프레임을 구성하는 상황에서 초당 60개의 인터레이스드 필드(Interlaced Field)를 전송할 수 있다. (MPEG-1은 초당 30개의 인터레이스되지 않은 프레임을 전송한다)

 

메모리 계층 구조