9. 하드디스크 드라이브

9.1 하드디스크의 매력포인트

Disk 또는 Disc의 사전적인 의미는 둥글고 평평하게 보이는 어떤 것. 평평하게 보이는 볼형태의 표면을 뜻한다. 하드 디스크는 오디오의 턴테이블과 아주 유사한 구조를 가지고 있다. 다만 그 디스크가 여러장 겹쳐져 있고 읽는 것뿐만이 아니라 쓰는 것까지도 할 수 있다는 것이 다를 뿐이다. 하드 디스크가 보조 기억장치로서 독보적인 존재가 된 것은 플로피 디스크와 램드라이브의 성격때문이다.

우선 플로피 디스크와 비교를 해보자. 일단 하드 디스크는 플로피 디스크에 비해서 고용량이다. 초창기의 하드 디스크조차도 10MB로 360KB의 플로피 디스크에 비해서 용량이 많다. 물론 플로피 디스크는 많은 양을 구비할 수 있고 하드 디스크는 하나나 둘 밖에 사용을 하지 못하므로 어떤 면에서는 하드디스크보다 많은 양의 정보를 기록할 수 있다. 그러나 하드디스크는 그 정보를 동시에 관리할 수 있다는 장점이 있다. 플로피 디스크에 비해서 많은 양의 정보를 동시에 관리 할 수 있기 때문에 번거로움과 피곤함을 없앨 수 있다.

플로피 디스크와 비교했을 떄 나타나는 하드디스크의 또다른 장점은 빠르다는 것이다. 플로피 디스크는 분당 약 300번을 회전하고 하드 디스크는 분당 약 3600번을 회전한다. 플로피도 빠르지만 하드 디스크는 그보다 약 12배의 빠른 속도로 회전하고 있다.

속도 이야기가 나왔으니 램드라이브를 빼 놓을 수가 없다. 램드라이브는 램을 가상디스크로 설정해 놓은 것이기 때문에 하드 디스크보다 월등히 빠르다. 하지만 전원이 차단되면 다 지워지기 때문에 램드라이브에서 작업한 것을 지워지지 않는 보조기억장치로 옮겨놔야할 필요가 있다. 여기에 하드디스크가 적당함은 말할 필요가 없을것이다.

9.2 디스크의 물리적 구조

하드디스크는 겉으로 보기에는 뺀질뺀질한 직육면체처럼 생겼다. 오히려 모양은 플로피보다 단순하다고 느껴질 정도이다. 하지만 이 딱딱한 껍질을 지나 안으로 들어가면 복잡해지기 시작한다. 하드 디스크를 움직이게 하는 중요한 요소들이 여기에 모두 숨겨져 있다.

하드디스크는 크게 알루미늄에 자기 산화막을 입힌 여러개의 원반(이를 플래터라고 한다)과 그 원반위를 움직이면서 입, 출력을 하는 헤드, 그리고 원반을 회전하게 하는 회전축 등 세부분으로 이루어져 있다. 그 외에는 헤드를 움직이는 전동기, 자료 전송용 가는 구리 케이블, 외부 밀폐형 케이스 등이 있으나 이것들은 하드디스크를 이해하는데 별 도움이 안되므로 생략하기로 한다.

하드디스크는 플로피 디스크처럼 호환성을 걱정할 필요가 없는 구조를 가지고 있다. 왜냐면 하드디스크는 제조회사에 따른 차이로 구별되는 것이 아니라 나중에 말할 인터페이스별, 기록방식별로 구별되기 때문에 제조회사가 다르다고 해서 문제가 되지는 않는다. 바꾸어 말하면 하드디스크는 어떤 인터페이스 방식이든, 어떤 기록방식이든 그의 내부구조는 같다는 것이다.

하드 디스크의 핵심적인 역할을 하는 뼈대는 플래터, 입출력 헤드, 플래터를 회전시키는 회전축이 꼽힌다. 각각 어떤 역할을 하는지 알아보자.

플래터는 알루미늄이나 유리 등에 자성체를 고밀도로 입혀 놓은 것이다. 이 플래터는 실제 기억 용량을 결정하는 하드디스크의 핵심이라고 할 수 있다. 하나의 플래터가 있는 것보다는 아무래도 많은 수의 플래터가 있는 것이 용량이 클 것이고 플래터의 표면적이 넓고 자성체가 고배밀도로 입혀져 있으면 그 역시 용량이 클 것이다.플래터는 양면으로 되어 있고 양면의 기록용량은 동일하다. 그리고 그 양면에 입출력헤드가 붙어 있다.

입출력헤드는 플로피디스크의 입출력헤드보단 작지만 매우 정교하게 작동한다. 이 입출력헤드는 원반의 바깥에 고정되어 있는 또 하나의 축에 팔모양의 막대처럼 고정되어 있다. 헤드는 플래터 위를 자유롭게 움직여야 하므로 팔모양의 막대를 움직일 수 있도록 별도의 전동기가 부착되어 있으며 이 전동기는 앞뒤로 왔다갔다 하면서 헤드를 움직여 준다.

플래터를 회전시키는 회전축은 분당 3600번으로 일정하게 회전한다. 여기에도 또 하나의 전동기가 달려있다. 플래터는 또다시 실린더(Cylinder)와 클러스터(Cluster)라는 소프트웨어적인 구조로 나눌 수 있다.

플로피디스크를 섹터(Sector)와 트랙(Track)으로 구분하는 것을 공부한 적이 있는 사람은 하드디스크에는 왜 그런 구조가 없는지 궁금해 할 것이다. 하드디스크는 용량이 크고 플래터가 여러개인 관계로 섹터와 트랙으로 관리하는 것이 아니라 그 섹터와 트랙을 포괄하는 더 큰 개념이 실린더와 클러스터로 관리한다.

실린더라는 것은 중심으로부터 동일한 거리에 있는 동심원들의 그룹이다. 즉, 트랙이라는 단위를 상하로 포함시킨 것이다. 하나의 플래터는 플로피 디스크와 같은 형식으로 트랙을 나눌 수 있을 것이다. 하드디스크는 이러한 플래터가 여러개 있다. 즉, 각 플래터가 같은 트랙을 가지는 위치가 있을 것이다. 그 위치를 수직으로 묶으면 실린더가 되는 것이다.

클러스터는 여러개의 섹터를 묶어 파일이 디스크상에 수록되는 단위로서 그 값은 항상 2의 승수이다.

9.3 하드디스크의 작동원리

하드디스크는 디스크처럼 작동한다. 이 말을 풀이하자면, 하드디스크는 플래터라는 디스크를 회전시킨다. 플래터는 회전축을 중심으로 일정하게 회전한다. 전축을 듣기 위해 회전하는 음반위에 전축바늘을 올려놓듯이 회전하는 디스크에 입출력헤드가 왔다갔다 한다.

이 입출력헤드는 플래터가 회전할 때 공기의 흐름에 의해서 약간 위로 떠오르게 되어 있다. 약간이라고는 하지만 이 간격은 담배연기의 입자보다도 작은 약 25㎛ 정도이다. 시스템의 사용자가 키보드나 혹은 기타의 입력장치로 하드디스크에 있는 정보를 일거나 쓰라고 명령을 내리면 운영체제에 의해서 입출력헤드가 읽거나 저장할 위치로 이동하여 자성체에다 특별한 표시를 한다. 이것이 하드디스크가 움직이는 원리이다.

하드 디스크의 성능을 이야기 할 때는 이 입출력 헤드가 플래터를 움직이면서 플래터에 데이타를 기록하거나 읽는 속도의 고속 유무를 가지고 한다. 흔히 액세스 타임(Accescc Time)과 자료전송률이라는 두가지 기준을 가지고 하드디스크의 성능을 이야기 하는데, 액세스 타임이란 헤드를 원하는 위치에 얼마나 빨리 도달할 수 있는가 하는 것이고, 자료전송률이란 초당 얼마의 자료를 저장할 수 있는가 하는 것이다.

9.4 하드디스크의 기록방식

지금까지는 하드디스크의 일반적인 구조에 대해서 이야기 했다. 이제는 입출력헤드가 하드디스크의 플래터에 어떻게 기록하는지 또 어떠어떠한 방법이 있는지 알아보자.

헤드가 하드디스크에 기록하는 방식은 자성체를 입힌 디스크에 극성을 띠게 하는 것이다. 컴퓨터가 인식하는 것은 0, 1뿐이므로 입출력헤드는 운영체제로부터 받은 정보를 단지 극성으로 나누어서 저장하기만 하면 되는 것이다. 예를 들어 0이면 - 극, 1이면 + 극의 형식으로 저장하기만 하면 된다. 아래에 설명할 방법들이 다 이런 형식을 취하고 있다.

그런데 문제는 운영체제에서 보내오는 정보는 101010 이렇게만 되어 있는 것이 아니라 11110000의 식으로도 되어 있다는 것이다. 즉 연속된 1이나 0의 처리가 곤란하다는 것이다. 이 연속된 1 또는 0을 처리하는 방식이 바로 하드디스크의 기록 방식이라고 하겠다.



9.5 하드디스크의 인터페이스 방식

하드디스크의 기록방식에 따라 기억용량에 차이가 있고 그 인터페이스 방식에 따라서 전송속도에 차이가 있다. 실제 인터페이스방식이란 전송방식을 이야기 한다고 해도 무리가 되지 않을 정도로 그 방식에 따른 속도차이가 많이 난다.