[컴퓨터 구조] 하드 디스크

하드디스크

→ 자화될 수 있는 물질로 코팅된 플라스틱이나 금속을 이용한 원형 평판으로 만들어진 저장장치 : 자기 디스크(magnetic disk), 혹은 단순히 디스크라고도 부름

 

주요 구성요소들

-원형 평판(circular platter) : 실제 정보가 저장되는 장소로서, 다수의 트랙(track)들로 구성

 

-헤드(head) : 전도성 코일을 통하여 표면을 자화(magnetize) 시킴으로써 데이터를 저장하는 장치

 

-디스크 팔(disk arm) : 헤드를 이동시키는 장치

 

-구동장치(actuator) : 원형 평판 회전 및 디스크 팔 구동을 위한 모터(motor)

 

디스크 표면과 헤드

 

디스크 쓰기: 헤드의 코일에 전류가 흐를 때 발생하는 자기장(magnetic field)을 이용하여 데이터를 저장하는 동작

 

디스크 읽기: 자기장이 존재하는 위치에 헤드가 지나갈 때 코일에 유기되는 전기를 감지하여 데이터를 인출하는 동작

 

디스크 구조

-섹터(sector) : 디스크에 한 번에 쓰거나 읽는 데이터 크기의 최소 단위

 

-섹터간 갭(inter-sector gap) : 섹터들을 구분하기 위한 간격(gap)

 

-트랙간 갭(inter-track gap) : 헤드가 잘못 정렬되거나 자장의 간섭 때문에 발생하는 오류를 방지하기 위한 트랙들 사이의 간격

 

-초기 디스크의 경우, 표면당 트랙의 수 = 500∼2000 개, 트랙당 섹터의 수 = 32 개 (최근 트랙 및 섹터 수가 크게 증가)

디스크 표면의 세부 구조

등각속도 (Constant Angular Velocity: CAV) 방식

 

=디스크가 일정한 속도로 회전하는 상태에서 트랙의 위치에 상관없이 데이터를 동일한 비율로 액세스하는 방식

 

[장점] 구동장치 간단

 

[단점] 저장 공간 낭비

(바깥쪽 트랙이 안쪽 트랙보다 더 길지만, 저장 밀도가 낮아서 저장되는 데이터 양은 동일)

 

다중 영역 기록(Multiple Zone Recording: MZR) 방식

-디스크 표면이 여러 개의 동심원 영역들(concentric zones)로 나누어지며, 같은 영역에 속한 트랙들의 저장 밀도는 동일

 

-디스크 전체적으로 저장 밀도를 거의 같도록 조정

■ 바깥쪽 트랙들에 더 많은 데이터 저장 가능

■ 각 트랙이 더 많은 섹터들로 분할

[장점] 디스크 전체 용량 증가

 

[단점]

-트랙 위치에 따라 회전속도가 조정되어야 하므로
-제어 회로가 더 복잡

-영역에 따라 읽기 및 쓰기 시간에 미세한 차이 발생

 

CRC (Cyclic Redundancy Check)

-디스크로부터 데이터를 읽거나 데이터 통신 과정에서 발생하는 오류를 검출하기 위하여 순환 2진 부호를 사용하는 방식

 

-송신 측에서 데이터를 블록 단위로 나누고, 각 블록 뒤에 2진 다항식의 특수 계산에 의해 얻어진 순환 부호를 여분으로 붙여서 저장 후 송신

 

-수신 측에서도 동일한 계산을 수행하여 동일한 순환 부호가 얻어지는지를 확인함으로써 전송 오류의 유무를 검사

 

-패리티 비트를 이용하는 방법보다 정교하여 오류 검출 능력이 뛰어남

 

-저장장치(하드 디스크, CD-ROM, DVD) 및 각종 통신 프로토콜에서 사용

 

디스크 드라이브(disk drive)

-디스크, 헤드가 부착된 디스크 팔, 구동장치, 디스크를 회전시키는 축(spindle), 데이터 전송을 위한 전자 회로 등을 포함한 전체 패키지

 

-디스크 면 수에 따른 분류 

■ 양면 디스크(double-sided disk)
■ 단면 디스크(single-sided disk)

 

-실린더(cylinder) : 다중 평판 디스크 드라이브에서 서로 다른 디스크 표면에 있지만 같은 반경에 위치하고 있어, 디스크 팔을 움직이지 않고도 동시에 액세스할 수 있는 트랙들의 집합

 

 

단일-평한 디스크 드라이브의 내부 구조

다중-평한 디스크 드라이브의 내부 구조

 

디스크 액세스 시간

디스크 액세스(읽기/쓰기) 동작의 순서

 

1.헤드를 해당 트랙으로 이동

2.원하는 섹터가 헤드 아래로 회전되어 올 때까지 대기

3.데이터를 전송

 

디스크 액세스 시간(disk access time)

 

디스크 액세스 시간 = 탐색 시간 + 회전 지연 시간 + 데이터 전송 시간

 

탐색 시간(seek time) : ①번에 걸리는 시간

회전 지연 시간(rotational latency time) : ②번에 걸리는 시간

데이터 전송 시간(data transfer time) : ③번에 걸리는 시간 및 디스크 제어기(disk controller)에서 소요되는 시간

 

회전지연시간: 디스크의 회전속도에 따라 결정

 

[예] 회전축의 속도 = 7200 rpm(rotations per minute)인 경우,
초당 120바퀴 회전  한 바퀴 회전에는 1/120sec(8.33ms)
- 회전지연시간 = 0 ~ 8.33ms
- 평균 회전지연 = 4.17ms (1/2 바퀴 회전에 걸리는 시간)

 

디스크 회전축 속도 : 5400 rpm, 7200 rpm 주로 사용

[참고] 10000 rpm 이상의 구동장치 기술도 개발되었으나, 높은 발열량에 대한 냉각의 어려움으로 사용 제한