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보조기억장치

1. 하드 디스크 (Hard Disk)​

하드 디스크는 자화될 수 있는 물질로 코팅된 플라스틱이나 금속 원형 평판으로 만들어진 저장장치입니다.
"자기 디스크(magnetic disk)", 혹은 단순히 "디스크"라고도 부릅니다.

1.1 주요 구성 요소​

  • 원형 평판 (circular platter): 실제 정보가 저장되는 장소, 다수의 트랙(track)으로 구성
  • 헤드 (head): 전도성 코일을 통해 표면을 자화시켜 데이터를 저장하거나, 자기장을 감지하여 데이터를 인출
  • 디스크 팔 (disk arm): 헤드를 이동시키는 장치
  • 구동장치 (actuator): 평판 회전 및 디스크 팔 구동을 위한 모터

1.2 디스크 구조​

  • 섹터 (sector): 디스크에 한 번에 쓰거나 읽는 데이터 크기의 최소 단위
  • 섹터간 갭 (inter-sector gap): 섹터 구분을 위한 간격
  • 트랙간 갭 (inter-track gap): 트랙 사이의 간격, 오류 방지 목적

1.3 데이터 저장 방식​

  • 등각속도(CAV): 디스크가 일정한 속도로 회전, 트랙 위치와 무관하게 동일 비율로 데이터 액세스
    • 장점: 구동장치 단순
    • 단점: 바깥쪽 트랙의 저장 공간 낭비
  • 다중영역기록(MZR): 디스크 표면을 여러 동심원 영역으로 나누고, 각 영역 내 트랙들의 저장 밀도 동일
    • 장점: 전체 용량 증가
    • 단점: 제어 회로 복잡, 읽기/쓰기 시간 미세 차이
    • 비고: 상용 디스크에서 주로 사용

1.4 디스크 형식화 작업 (Disk Formatting)​

  • 디스크의 구성을 검사하고, 트랙/섹터의 시작과 끝을 구분하기 위한 제어 정보를 특정 위치에 저장
  • 제어 정보(ID 필드): SYNCH 바이트, 트랙 번호, 헤드 번호, 섹터 번호, 오류 검출 코드(CRC) 등 포함

1.5 CRC (Cyclic Redundancy Check)​

  • 디스크 데이터 읽기/통신 과정에서 발생하는 오류 검출을 위해 순환 2진 부호 사용
  • 패리티 비트 방식보다 오류 검출 능력 우수

1.6 디스크 드라이브 (Disk Drive)​

  • 디스크, 헤드, 디스크 팔, 구동장치, 회전축(spindle), 데이터 전송 회로 등 전체 패키지
  • 실린더 (cylinder): 다중 평판 디스크에서 같은 반경에 위치한 트랙들의 집합
    (디스크 팔 이동 없이 동시에 액세스 가능)

1.7 디스크 액세스 시간 (Disk Access Time)​

디스크 액세스 시간 = 탐색 시간 + 회전 지연시간 + 데이터 전송시간

  • 탐색 시간 (seek time): 헤드를 해당 트랙으로 이동하는 시간
  • 회전 지연시간 (rotational latency): 원하는 섹터가 헤드 아래로 올 때까지 대기하는 시간
    (예: 7,200rpm 디스크의 평균 회전 지연 시간 ≈ 4.16ms)
  • 데이터 전송시간 (data transfer time): 데이터 전송 및 디스크 제어기에서 소요되는 시간

2. RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks)​

RAID는 "여러 개의 작은 디스크를 연결해 하나의 큰 용량의 디스크 배열(disk array)을 구성"하는 기술입니다.

  • 장점:
    • 저렴한 가격으로 대용량 구현
    • 데이터 분산 저장에 의한 동시 액세스
    • 병렬 데이터 채널로 데이터 전송 속도 향상

2.1 출현 배경​

  • 디스크 배열의 단점: MTTF(Mean Time To Failure) 단축
    (디스크 수가 많아질수록 고장 확률↑)
  • RAID의 목적:
    • 결함허용도(fault-tolerance) 향상
    • 검사 디스크(check disk)로 오류 검출 및 복구 기능 추가

2.2 디스크 인터리빙 (Disk Interleaving)​

  • 정의: 데이터 블록을 여러 디스크에 분산 저장하는 기술
  • 방식: 라운드-로빈(round-robin) 방식으로 균등 분산

2.3 RAID 종류​

RAID 레벨특징장점단점/비고
RAID-1디스크 미러링 (모든 데이터가 미러 디스크에 복사)완전한 결함허용도, 높은 신뢰도가격 높음, 읽기/작은 쓰기 많은 환경에 적합
RAID-2비트-단위 인터리빙, 해밍 코드 오류 검출/정정오류 정정 가능검사 디스크 많아 가격↑, 오류 많은 환경에 적합
RAID-3패리티 방식, 비트/바이트 단위 분산병렬 읽기/쓰기, 오류 검출/정정패리티 비트 갱신 필요, 시간 지연
RAID-4블록-단위 인터리빙, 패리티 블록 별도 저장블록 단위 병렬 처리패리티 디스크 병목, 매 쓰기마다 2번 액세스
RAID-5분산 패리티, 패리티 블록 라운드-로빈 분산병목 해소, 병렬 쓰기 가능, 가격대 성능비 우수작은 쓰기 문제, 큰 쓰기에 효율적
  • RAID-1: 높은 신뢰도, 읽기/작은 쓰기 많은 환경에 적합
  • RAID-5: 용량/비용 중요, 큰 쓰기 많은 환경에 적합

3. 요약​

  • 하드 디스크: 보조저장장치로 널리 사용, 구조/저장 방식/액세스 시간이 성능에 영향
  • RAID: 여러 디스크를 연결해 용량 증대, 병렬 액세스, 오류 검출/복구로 신뢰도 향상
  • RAID 레벨: 시스템 요구(신뢰도, 성능, 비용 등)에 따라 적절히 선택