(Storing Information In a Computer)ysmoon/courses/2005_2.5/ic/06.pdfStoring Information In a Computer 데이터가저장되지 않은상태 전류방향제어(기록) 정돈된입자들

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20052005년년 겨울학기겨울학기

문양세문양세

컴퓨터과학과컴퓨터과학과

강원대학교강원대학교 자연과학대학자연과학대학

컴퓨터컴퓨터 개론개론 및및 실습실습 (Introduction to Computers)(Introduction to Computers)

정보정보 저장저장

(Storing Information In a Computer)(Storing Information In a Computer)

Page 2Introduction to Computers

by Yang-Sae Moon

In this chapter In this chapter ……

컴퓨터가 다루는 데이터는

어떤 장치들에 저장되는지,

어떤 형식으로 저장되는지 학습한다.

입력 장치의 종류

• 자기 저장 장치

• 광학 저장 장치

• 저장 장치의 성능 측정

Storing Information In a Computer

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by Yang-Sae Moon

We are now on We are now on ……

자기 저장 장치

광학 저장 장치

저장 장치의 성능 측정



by Yang-Sae Moon

저장저장 장치의장치의 분류분류

저장 장치는 컴퓨터 전원이 꺼진 상태에서도 데이터를 보관

할 수 있다.

저장 매체(storage media): 데이터가 저장되는 물리적 구성

요소나 물질을 의미하며, 디스켓이 그 예이다.

저장 장치(storage device): 저장매체에 데이터를 쓰거나, 데이터를 읽어 들이는 하드웨어를 의미하며, 플로피 디스크 드

라이브가 그 예이다.

저장 장치 기술의 두 가지 주된 방법

• 자기 저장 (magnetic storage)

• 광학 저장 (optical storage)


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자기자기 저장저장 장치장치 종류종류

디스켓 (플로피 디스크)

하드 디스크(고정식, 착탈식)

대용량 플로피 디스크

디스크 카트리지

자기 테이프



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광학광학 저장저장 장치장치

CD-ROM: Compact Disk Read-Only Memory

DVD-ROM: Digital Video Disk Read-Only Memory

CD-R: CD-Recordable

CD-RW: CD-ReWritable


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자기자기 저장저장 장치의장치의 개념개념

저장의 의미: 저장 매체에 데이터를 쓰거나 읽어 들이는 과

정을 내포한다.

• 데이터를 쓴다: 차후에 데이터를 다시 사용하기 위해 디스크 표면에

데이터를 기록하는 과정을 일컫는다.

• 데이터를 읽어 들인다: 디스크 표면의 데이터를 찾아 컴퓨터의 메모

리로 데이터를 옮기는 과정을 일컫는다.

디스켓 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 테이프 등은

표면이 산화철 등과 같이 자기적으로 민감한 재료 코팅되어

자기 정보를 저장하기에 적합하다.



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자기자기 저장저장 장치의장치의 원리원리 (1/3)(1/3)

자기 디스크는 자기장에 의해 두 개의 방향 중 한 방향으로

자화될 수 있는 철 입자들로 구성된다.

각 입자들의 방향은 CPU가 인식할 수 있는 데이터들인 1(on) 또는 0(off)으로 나타낼 수 있다.

데이터 쓰기: 전자석이 포함된 판독/기록 헤드가 디스크나

테이프 표면을 지나갈 때 저장 매체의 작은 철 입자들에 자

기장을 건다.

데이터 읽기: 헤드는 전류가 전자석을 통하지 않은 상태에서

디스크 또는 테이프 위를 지나가면, 저장 매체가 헤드에 자

성은 건다.


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자기자기 저장저장 장치의장치의 원리원리 (2/3)(2/3)

데이터가 기록되는 과정


데이터가 저장되지않은 상태

전류방향 제어 (기록)

정돈된 입자들(데이터가 저장된 상태)

저장 매체

기록 헤드(전자석 기능)


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자기자기 저장저장 장치의장치의 원리원리 (3/3)(3/3)Storing Information In a Computer

데이터가 기록되는 과정 (계속)저장매체가 회전하는 동안헤드는 데이터를 기록한다.

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Diskette vs. Hard Disk (1/2)Diskette vs. Hard Disk (1/2)

공통점: 미세한 분자형태의 산화철로 코팅되어 있다.

이동성 측면에서는 디스켓이 유리하다.

• 디스켓은 작고 휴대가 간편하다. 반면에,

• 하드 디스크는 일반적으로 컴퓨터 내부에 고정되어 있기 때문에 다른

컴퓨터로의 이동이 용이하지 않다.

용량 측면에서는 하드 디스크가 훨씬 앞선다.

• 대부분의 플로피 디스크는 저장 용량이 1.44MB이다. 반면에,

• 하드 디스크들은 수 GB ~ 수십 GB 용량을 가지므로, 디스켓의 천 배

이상 정도의 데이터를 저장할 수 있다.



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Diskette vs. Hard Disk (2/2)Diskette vs. Hard Disk (2/2)

성능(속도) 측면에서 하드 디스크가 훨씬 빠르다.

• 하드 디스크의 회전속도가 디스켓에 비해 훨씬 빠르다. 이에 따라,

• 디스켓에 비해 디스크 표면의 데이터 위치를 찾는 데에 걸리는 시간

이 짧다.


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포매팅포매팅 작업작업 (1/4)(1/4)

포매팅(formatting)이란?자기 디스크를 사용하기 전에 디스크의 표면을 자기적으로

매핑하고, 컴퓨터가 데이터의 탐색 없이 바로 특정 지점으로

접근하고, 어떻게 저장할지를 결정하는 과정이다.

포매팅 과정에서 디스크 드라이브는 디스크 표면에 동심원

의 트랙을 만들고, 각 트랙을 섹터로 나눈다.

• 트랙 하나는 여러 개의 섹터로 구성되며, 하나의 섹터는 통상 512 bytes 정보를 저장한다.

• 디스켓은 통상 80개의 트랙을 가지고, 트랙 당 섹터의 수가 일정하다.

• 하드 디스크는 이보다 더 많은 트랙을 가지며, 트랙 당 섹터의 수가

일정하지 않을 수 있다.

• 디스크 입출력의 최소 단위는 섹터이다. (즉, 1 byte를 쓰고 읽는 것은

실질적으로 512 bytes를 읽고 쓰는 것과 같다.)



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윈도우 운영체제는 디스크에 파일을 저장할 때 클러스터

(cluster)라고 하는 섹터들의 묶음을 할당한다.

• 클러스터를 구성하는 이유는 성능을 높이기 위해서다. 즉, 한꺼번에

많이 읽고, 많이 씀으로써 성능을 높일 수 있다.

• 그러나, 클러스터는 단편화(fragmentation) 현상을 유발할 수 있다.


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Windows O/S에서의 포맷 작업



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포맷된 디스크


Tracks

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디스크디스크 영역영역 (1/4)(1/4)

운영체제가 디스크에서 데이터를 찾는 방법

• 트랙과 섹터들에 레이블(번호)이 부여되고, 또한 모든 데이터들의 위

치는 디스크의 특별한 부분(파일 테이블)에 일일이 기록된다.

• 따라서, 운영체제는 이들 정보를 사용하여 디스크 상의 데이터 위치

를 인식한다.

레이블이 부여되는 시점: 논리적 포맷을 실행할 때…

• 논리적 포맷(低수준 포맷, 소프트 포맷): 트랙과 섹터들에 레이블을

부여하는 작업, 즉 디스크 상에서 자기 트랙과 섹터의 물리적인 위치

를 새롭게 정의하는 작업이다.

• 高수준 포맷: 도스 시스템 파일이 저장될 부분을 결정하고 디스크 상

에서 비어있는 영역과 사용중인 영역을 기록하는 작업이다.



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디스크가 포맷될 때 운영체제는 디스크의 표면을 네 개의 영

역으로 나눈다.

마스터 부트 레코더(Master Boot Record : MBR)

• 컴퓨터를 처음 켰을 때 동작하는 프로그램인 마스터 부트 레코드를

저장하며, 부트 섹터라고도 한다.

• 이 프로그램은 디스크가 운영 체제를 성공적으로 작동시키기 위해 필

요한 기본 구성 요소들을 가지고 있는지를 확인한다.

파일 할당 테이블(File Allocation Table: FAT)

• 각 섹터들의 상태와 각 파일들의 위치를 기록하는 영역이다.

• FAT를 액세스하면 원하는 파일을 찾아갈 수 있다.


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루트 폴더(or 루트 디렉토리)

• 폴더(혹은 디렉토리) 개념을 제공하여, 사용자가 데이터를 논리적으

로 저장할 수 있도록 한다.

• 계층적 폴더(혹은 디렉토리)의 맨 상위 폴더 정보를 가진다.

데이터 영역(Data Area)

• 데이터들을 실질적으로 저장하는 공간이다.



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디스크디스크 영역영역 (4/4)(4/4)Storing Information In a Computer

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(Floppy) Diskette (1/3)(Floppy) Diskette (1/3)

(플로피) 디스크 드라이브는 디스켓을 판독, 기록한다.

주된 용도

• 소프트웨어를 배포하거나(시스템에 새로운 프로그램 설치),

• 데이터를 백업하거나,

• 네트워크나 통신 장비로 연결되지 않은 컴퓨터간에 파일을 교환하기

위해 사용한다.

디스켓은 5.25인치와 3.5인치 두 가지 유형이 있다.

디스켓 용량: 저밀도와 고밀도(표면에 저장용량 척도)

회전 속도: 300회전/분 (0.2초/1회전)



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5.25인치 디스켓


3.5인치 디스켓

걸어 다니는 디스켓

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플로피 디스크 드라이브 구조



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Hard Disk (1/5)Hard Disk (1/5)

하드? 플로피의 반대 개념으로 사용한다.

하드 디스크는 스핀 위에 쌓인 여러 개의 금속 원반들을 사

용하고, 각 원반들은 각 면 당 하나씩, 총 두 개의 판독/기록

헤드를 가지고 있다.

하드 디스크는 고품질의 매체와 디스켓보다 빠른 회전 속도

를 사용한다.

착탈 가능 하드 디스크는 많은 용량과 디스켓의 편리성을 접

목시킨다.(속도, 저장용량, 간편성, 가격)

단점: Head Crash 발생(헤드와 디스크 사이에 미세한 틈새가

막혀 헤드와 충돌)하여 데이터 파괴될 수 있다.(교재 p. 162의 그림 5A.15 참조)


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Hard Disk (2/5)Hard Disk (2/5)Storing Information In a Computer

판독/기록 헤드

접근 암자기 코팅된알루미늄 원반

스핀들


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Hard Disk (3/5)Hard Disk (3/5)

회전 속도: 3600 ~ 15000 rpm

저장 용량: 수백 MB ~ 수십 GB

실린더(cylinder): 모든 디스크 면에 걸친 트랙들의 집합


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by Yang-Sae Moon


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디스크디스크 용량용량

디스켓의 저장용량은 다양하나 대부분 1.44MB이다.

하드 디스크는 큰 용량의 데이터를 저장한다. 최근 PC는 80GB 혹은 그 이상의 하드 디스크를 사용한다.

HDD 용량

• 간략히 표현하면, 전체 트랙 수 x 전체 섹터 수

• 정확히 표현하면, 실린더 수 x 헤드의 수(디스크 면의 수) x 평균 트랙 당 섹터 수 x 섹터

당 바이트 수

300 rpm으로 회전하는 디스켓과 비교해 대부분의 PC의 하드

디스크들은 5400 ~ 10,000 rpm으로 회전한다.



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기타기타 장치장치 –– 대용량대용량 플로피플로피 디스크디스크

대용량 플로피 디스크: 최대 250MB(?)의 저장용량과 일반 플

로피 디스크의 휴대성을 제공한다.

종류: HiFD, Super Disk, Zip Disk


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기타기타 장치장치 –– 디스크디스크 카트리지카트리지

작동 중 탈착 가능 하드 디스크(Hot-Swappable HDD): 전원

이 켜진 상태에서 장착 및 제거 가능하다. (W/S, 서버 등)

디스크 카트리지: 탈착 가능 하드 디스크와 유사하며, 최대

2GB의 데이터를 저장할 수 있다. (예: Jaz Disk)



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기타기타 장치장치 –– 테이프테이프 드라이브드라이브

데이터 접근 속도가 느리지만 큰 저장용량을 제공하며, 비용도 적게 든다.

종류: DAT(Digital Audio Tape), DLT(Digital Linear Tape), …


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광학광학 저장의저장의 원리원리 (1/2)(1/2)

광학 디스크는 대용량 저장 매체이다. (자기 디스크 대비)

광학 저장 장치는

• 디스크의 데이터를 반사 면에 저장하고, 이를 레이저 빔으로 읽는다.

• 렌즈, 프리즘, 거울에 의하여 모아지는 레이저 광선을 이용한다.

데이터의 저장 원리

• 금속 면의 평평한 부분인 랜드(land)와 오목한 부분인 피트(pit)의 형

태로 저장되며, 이들은 각기 빛을 반사하는 형태가 다르다.

• 랜드에서는 빛을 센서로 반사하여 데이터 비트를 1(on)로 인식하고, 피트에서는 빛이 산란되어 데이터 비트를 0(off)으로 인식한다.


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광학광학 저장의저장의 원리원리 (2/2)(2/2)Storing Information In a Computer

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CRCR--ROM (1/4)ROM (1/4)

PC에서 가장 널리 사용되는 광학 저장 기술로

Compact Disk Read-Only Memory의 약어이다.

CD-ROM 디스크는

• 표준의 경우, 650MB의 데이터나 70분 정도의 소리를 저장한다.

• 최신 제품의 경우, 700MB 데이터 혹은 80분 정도의 소리를 저장한다.

일단 데이터가 (일반적인) CD-ROM 디스크에 기록되면, 데이

터를 수정하거나 덮어 쓸 수 없다.

데이터는 CD-ROM의 가장자리에서 시작해서 중심으로 감기

는 길고 연속적인 나선 모양으로 저장된다. (길이가 3마일)

자기 디스크와 유사하게 CD-ROM도 섹터로 구분되어 있으나, 그 배치는 서로 상이하다. (교재 p. 166의 그림 5A.21)


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1배속 드라이브: 초기 제품으로 150KBps의 속도로 데이터를

읽는다. 이후 2x, 4x, … 으로 속도가 계속 향상되었다.

최근 CD-ROM 드라이브는 72배속(10,800KBps) 이상의 전송

속도를 가지며, 이 속도는 계속해서 빨라지고 있다.

CD-ROM은 소프트웨어는 물론 오디오 및 비디오 데이터 등

대용량 데이터 저장에 유용하다.



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CD-ROM과 CD-ROM 드라이브들


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CD-R(Recordable)

• 기록 가능한 CD를 의미하며, 이를 사용하여 자신만의 CD-ROM 디스크

를 만들 수 있다.

• 그러나, 데이터를 디스크에 한번 기록하면 변경이 불가능하다.

CD-RW(ReWritable)

• 재기록(지우고 쓰고)이 가능한 CD를 의미한다.

• 일반적으로 최대 100번까지 재기록이 가능하다.



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DVDDVD--ROM (1/3)ROM (1/3)

Digital Video Disk Read-Only Memory

CD-ROM과는 다른 특수 압축 기술을 사용하며, CD-ROM에 비

해 아주 작은 트랙을 사용하여 방대한 저장 용량을 제공한다.

• 한쪽 면: 4.7 GB

• 양쪽 면: 9.4 GB

• 2층 구조 디스크: 17 GB


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DVD-ROM 디스크와 드라이브


← 3층 구조의 DVD-ROM


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DVD-R (DVD-Recordable)CD-R과 마찬가지로 DVD 디스크에 데이터를 기록할 수 있다.

DVD-RAM (DVD-Random Access Memory)재기록이 가능한 DVD 디스크와 드라이브를 의미한다.

일반적으로, 영화 DVD 타이틀의 경우 복사 방지가 되어있다.


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새로운새로운 저장저장 기술기술

FMD(Fluorescent Multi-layer Disk)-ROM디스크 반사 표면에 특수 형광 물질을 입히며,계층 수는 10개 이상이고, 용량은 최대 140GB이다.

스마트 카드(Smart Card)신용카드 크기에 소형 칩을 포함하고 있으며,교통카드, 출입문 제어, 신분증 등으로 널리 활용되고 있다.

홀로그래픽 메모리

수정체나 합성체 내부구조에 데이터를 저장하며,각설탕 크기에 최대 1TB를 저장할 수 있을 것으로 예상된다.



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드라이브의드라이브의 성능성능??

평균 접근 시간 (average access time)얼마나 빨리 원하는 데이터를 찾는가?

데이터 전송률 (data transfer rate)얼마나 빨리 데이터를 전송할 수 있는가?

평균 접근 시간이 짧고 데이터 전송률이 높을수록

드라이브의 우수하다.



by Yang-Sae Moon

평균평균 접근접근 시간시간 (1/3)(1/3)

탐구 시간(seek time)이라고도 하며, 해당 장치가 판독/기록

헤드를 저장 매체의 임의 위치로 이동하는데 걸리는 평균 시

간이다. 기계적 움직임이므로 상당히 느리다.

저장 장치의 경우 접근 시간은 밀리 초(ms), 대부분의 메모

리의 경우 접근 시간은 나노 초(ns)로 측정된다.

디스크 드라이브의 경우 접근시간은 디스크의 회전 속도

(rpm)와 헤드가 한 트랙에서 다른 트랙으로 이동하는데 걸리

는 시간의 합에 따라 좌우된다.


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디스켓 드라이브의 평균 접근 속도는 100 ms이며, 하드 드라이브는 6 ~ 12 ms의 평균 접근 속도를 갖는다.

CD-ROM 드라이브의 접근 시간은 일반적인 하드 디스크 드라

이브의 접근 시간에 비해 훨씬 느리다.

반면에, 모든 저장 장치 가운데 테이프 드라이브가 접근 시

간 측면에서 가장 느리다. Why?



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드라이브에 따른 일반적인 접근 시간


20-500 s테이프 드라이브

80-800 msCD ROM 드라이브

6-12 ms하드 디스크 드라이브

55-250 ns판독 전용 메모리 (ROM)

50-70 ns동적 RAM (DRAM)

5-15 ns정적 RAM (SRAM)

일반적인 접근 시간장 치

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파일파일 압축압축 (1/2)(1/2)

왜 사용하지?데이터 저장 공간을 늘이거나, 많은 자료를 묶어서 보관 및

전송하기 위해서 사용한다.

크기를 줄여 디스크의 저장 공간을 확보하는 방법이지만, 디스크 성능을 향상 시키지 않는다.

파일 압축 유틸리티를 사용하여 여러 개의 파일을 하나의 압

축파일로 만들 수 있다. (예: WinZip, PKZIP, 알집)

윈도우의 DriveSpace 3 프로그램은 하드 디스크의 전체를

압축한다. 상당히 위험하며, 속도가 느려질 수 있다.



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파일파일 압축압축 (2/2)(2/2)Storing Information In a Computer

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데이터데이터 전송률전송률 (1/2)(1/2)

데이터를 한 장치에서 다른 장치로 전송하는 데에 걸리는 시

간이며, 단위 시간당 전송되는 데이터 양을 나타낸다.

초당 45 Kbytes를 전송한다면, 데이터 전송률은 45 KBps이다.

하드 디스크는 다른 저장 장치에 비해 데이터 전송률이 높다.

(15 ~ 80 MBps) CD-ROM의 경우, 수십 KBps 수준

드라이브 구입 시, 데이터 전송률은 접근 시간 만큼이나 중

요하므로 MBps인지 Mbps인지 주의가 필요하다.



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데이터데이터 전송률전송률 (2/2)(2/2)

하드 디스크에서 메모리로 데이터 전송


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디스크디스크 성능성능 최적화최적화 (1/9)(1/9)

불필요한 파일 지우기

• 왜 생기나? Windows는 임시 파일을 많이 생성하며, 이를 모두 지우지는 않는다.응용 프로그램이 임시 파일을 생성하기도 한다.

• 어떻게 지우나?Windows에서 제공하는 디스크 정리(Disk Cleanup) 유틸리티를 사용

한다.



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불필요한 파일 지우기 (계속)


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불필요한 프로그램 지우기

• 왜 하나?예전에 설치했으나 현재 사용하지 않는 프로그램들을 삭제하여 공간

을 확보하고자 사용한다.

• 어떻게 하나? Windows에서 제공하는 프로그램 추가/제거 유틸리티를 사용한다.



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불필요한 프로그램 지우기 (계속)


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디스크 오류 검사

• 왜 하나?디스크의 오류를 고치고, 오류로 인해 손상된 데이터를 복구함으로써,디스크 오류로 인한 성능 저하를 개선할 수 있다.

• 어떻게 하나?Windows에서 제공하는 디스크 검사 유틸리티를 사용한다.주의할 점은 상당히 오랜 시간이 걸린다는 점이다.



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디스크 오류 검사 (계속)


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디스크 조각 모으기

• 왜 하나?파일의 단편화(fragmentation) 현상을 해결하기 위해서 수행한다.시스템을 오랫동안 사용하면 자주 변경된 파일의 경우 단편화 현상이

발생하고, 이는 성능 저하의 한 요인이 된다.(단편화 개념은 다음 페이지를 참조한다.)

• 어떻게 하나?Windows에서 제공하는 디스크 조각 모음 유틸리티를 사용한다.



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디스크 조각 모으기 (계속)• 단편화란 파일들이 계속 생성, 변경, 복사, 삭제되면서 하나의 파일이

연속적인 위치가 아닌 여러 위치에 분산되어 저장되는 현상이다.

• 단편화가 심하면, 파일을 메모리로 적재할 때 많은 시간이 걸린다.Why?


한 파일은 디스크 전체에 단편화 될 수 있다.

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by Yang-Sae Moon


디스크 조각 모으기 (계속)



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드라이브드라이브 인터페이스인터페이스 표준표준

모든 PC에서 디스크 드라이브와 CPU간 인터페이스로 디스크

컨트롤러를 사용한다.

일반적인 인터페이스로 EIDE(Enhanced Integrated Drive Electronics), SCSI(Small Computer System Interface)가 있다.

EIDE: IDE라고 불리는 드라이브 인터페이스 표준을 개선한 것으

로 수년간 다양한 형태로 개선되어 왔다.

SCIS의 초기 개념은 하드 디스크 등의 주변 장치가 컴퓨터 시스

템의 버스에 대한 접근 통로를 제공하는 것으로, 중대형 컴퓨터

에서 많이 사용되었다.


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