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하드디스크 소개
소개
오늘날의 컴퓨터 세계에서 하드 디스크는 컴퓨터의 가장 중요한 부분임을 입증했습니다. 오늘날 하드 디스크는 모든 유형의 데이터를 저장하는 데 가장 일반적으로 사용되는 주요 저장 장치이자 컴퓨터의 가장 흥미로운 구성 요소 중 하나입니다.
오늘날 우리 대부분은 수십억 바이트의 정보를 컴퓨터에 저장하기 때문에 현대 컴퓨터 사용자는 하드 디스크 드라이브가 없는 컴퓨터 수명을 고려조차 하기 어려울 것입니다.
최초의 컴퓨터에는 저장 공간이 전혀 없었습니다. 프로그램을 실행할 때마다 프로그램을 수동으로 입력해야 했습니다. 더군다나 그것은 오늘날 우리가 컴퓨팅이 불가능하다고 생각하는 대부분을 컴퓨터가 동일한 데이터로 계속해서 작업하게 하는 쉬운 방법이 없었기 때문에 불가능하게 만들었습니다. 컴퓨터가 진정으로 유용한 도구가 되려면 일종의 영구 저장 장치가 필요하다는 사실을 빨리 깨달았습니다.
컴퓨터에 사용된 최초의 저장 매체는 실제로 종이였습니다. 프로그램과 데이터는 종이 테이프나 펀치 카드에 구멍을 뚫어 기록했습니다. 특수 판독기는 광선을 사용하여 카드나 테이프를 스캔했습니다. 구멍이 발견된 경우 "1"이 표시되고 종이가 센서를 차단한 경우 "0"이 표시되거나 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
아무것도 아닌 것보다 크게 개선되었지만 이 카드는 여전히 사용하기가 매우 불편했습니다. 기본적으로 전체 프로그램을 종이에 처음부터 작성해야 했고, 카드에 넣기 시작하기 전에 마음속에 작동시켜야 했습니다. 왜냐하면 실수를 하면 많은 카드를 다시 뚫어야 했기 때문입니다. 작업 중인 내용을 시각화하는 것이 매우 어려웠습니다.
종이에 대한 다음으로 큰 발전은 자기 테이프의 생성이었습니다. 테이프에 오디오를 녹음하는 것과 유사한 방식으로 정보를 녹음하는 이 자기 테이프는 종이 테이프나 펀치 카드보다 훨씬 유연하고 내구성이 뛰어나고 빠릅니다.
물론 테이프는 오늘날에도 여전히 최신 컴퓨터에서 사용되지만 오프라인 또는 보조 저장소의 한 형태로 사용됩니다. 하드 디스크 이전에는 일부 컴퓨터의 기본 저장소였습니다. 주요 단점은 선형으로 읽어야 한다는 것입니다. 테이프의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 이동하는 데 몇 분이 걸릴 수 있으므로 임의 액세스가 불가능합니다.
다시 우리의 주제로 돌아오겠습니다. IBM은 상업적 개발이 가능한 최초의 하드 디스크를 출시했습니다. 그것은 오늘날 사용되는 디스크 드라이브와 다릅니다. 그들은 데이터의 자기 패턴이 저장된 회전하는 원통형 드럼을 사용했습니다. 드럼은 크고 작업하기 어려웠습니다. 최초의 진정한 하드 디스크는 하드 디스크의 헤드가 디스크 표면과 접촉했습니다. 이것은 당시의 저감도 전자 장치가 디스크 표면의 자기장을 더 잘 읽을 수 있도록 하기 위해 수행되었지만 당시의 제조 기술은 지금만큼 정교하지 않았으며 그렇지도 않았습니다. 디스크와 접촉하는 동안 헤드가 디스크 표면 위로 고속으로 매끄럽게 미끄러지도록 하는 데 필요한 만큼 디스크 표면을 매끄럽게 만드는 것이 가능합니다. 시간이 지나면 헤드가 마모되거나 디스크 표면의 자기 코팅이 마모됩니다.
디스크의 표면에 접촉할 필요가 없는 IBM의 새로운 기술의 중요한 발견으로 현대 하드 디스크의 기반이 되었습니다. 이 유형의 최초의 하드 디스크는 1956년 9월 13일에 도입된 IBM 305 RAMAC(계정 및 제어의 임의 액세스 방법)입니다. 이 하드 디스크는 8,800바이트의 데이터 전송률로 약 5MB에 해당하는 5백만 문자를 저장할 수 있습니다. 초당.
1962년 IBM은 1301 고급 디스크 파일 모델을 도입했습니다. 이 디스크 드라이브의 주요 발전은 헤드에서 디스크 표면까지의 거리를 800마이크로인치에서 250마이크로인치로 줄이면서 에어 베어링의 디스크 표면 위로 떠 있거나 날아가는 헤드를 만든 것입니다.
1973년, IBM은 30MB 용량의 영구 스핀들과 이동식 스핀들의 두 개의 개별 스핀들이 있는 현대 하드 디스크의 아버지로 일반적으로 간주되는 모델 3340 디스크 드라이브를 출시했습니다. 1979년에 소개된 IBM의 모델 3370은 박막 헤드를 가진 최초의 디스크였습니다. 같은 해에 IBM은 10년 넘게 표준이었던 14"에서 크기가 크게 줄어든 8" 플래터가 있는 최초의 디스크 드라이브인 모델 3310을 출시했습니다.
최초의 PC에 사용된 5.25인치 폼 팩터로 설계된 최초의 하드 디스크 드라이브는 Seagate ST-506이었습니다. 4개의 헤드와 5MB 용량이 특징이었습니다. IBM은 ST-506을 우회하고 ST-412- -같은 폼 팩터의 10MB 디스크--IBM PC/XT용으로, PC 및 PC 호환 세계에서 널리 사용되는 최초의 하드 디스크 드라이브가 되었습니다.
1983년 Rodime은 3.5인치 폼 팩터를 사용하는 최초의 디스크 드라이브인 RO352를 출시하여 가장 중요한 산업 표준 중 하나가 되었습니다. 1985년 Quantum은 ISA에 장착된 10.5MB 하드 디스크인 Hardcard를 출시했습니다. 원래 하드 디스크 없이 제작된 PC용 확장 카드입니다.
1986년 Conner Peripherals는 CP340을 출시했습니다. 보이스 코일 액추에이터를 사용한 최초의 디스크 드라이브였습니다. 1988년 Conner Peripherals는 현재 "로우 프로파일"이라고 하는 감소된 1" 높이를 사용하는 최초의 3.5" 드라이브이자 최신 3.5" 드라이브의 표준인 CP3022를 출시했습니다. 같은 해 PrairieTek은 2.5"를 사용하는 드라이브를 출시했습니다. 플래터. 1990년 IBM은 857MB 드라이브인 모델 681(Redwing)을 출시했습니다. MR 헤드와 PRML을 사용한 최초의 제품입니다.
1991년에 출시된 IBM의 "Pacifica" 메인프레임 드라이브는 플래터 표면에서 산화 매체를 박막 매체로 교체한 최초의 제품입니다. 같은 해에 Integral Peripherals의 1820은 1.8" 플래터가 있는 최초의 하드 디스크였으며 나중에 PC-카드 디스크 드라이브에 사용되었습니다. 1992년에 Hewlett Packard는 최초의 1.3" 드라이브인 C3013A를 출시했습니다.
현재의 디스크에 현재 디자인, 모양 성능 및 용량을 제공하기 위해 하드 디스크의 역사에서 많은 발전이 있었습니다. 이것들은 이 책에서 자세히 계산하기 어렵습니다.
하드 디스크의 구성 요소
하드 디스크에는 다음과 같은 주요 구성 요소가 있습니다.
- 디스크 플래터 및 미디어
- 읽기/쓰기 헤드
- 헤드 슬라이더, 암 및 액추에이터
- 하드 디스크 스핀들 모터
- 커넥터 및 점퍼
- 로직 보드
- 캐시 및 캐시 회로
하드 디스크의 구성 요소
디스크 플래터 및 미디어
모든 하드 디스크는 하나 이상의(일반적으로 하나 이상의) 원형 플래터라고 하는 평평한 디스크를 사용하며 양면에 자기 패턴의 형태로 정보를 저장하도록 설계된 특수 매체 재료. 디스크에 있는 각 플래터의 각 표면에는 수십억 비트의 데이터를 저장할 수 있습니다.
플래터는 플래터의 대부분을 형성하고 구조와 강성을 부여하는 기판 재료와 데이터를 나타내는 자기 자극을 실제로 유지하는 자기 매체 코팅이라는 두 가지 주요 물질로 구성됩니다.
플래터의 품질, 특히 미디어 코팅이 매우 중요합니다. 하드 디스크의 플래터 크기는 일반적으로 드라이브의 폼 팩터라고도 하는 전체 물리적 크기를 결정하는 주요 요소입니다. 대부분의 드라이브는 다양한 표준 하드 디스크 폼 팩터 중 하나로 생산됩니다.
때때로 하드 디스크는 크기 사양으로 참조됩니다. 누군가 3.5인치 하드 디스크를 가지고 있다는 것은 일반적으로 디스크의 폼 팩터를 의미하며 일반적으로 폼 팩터는 플래터 크기에 따라 이름이 지정됩니다. 이전 하드 디스크의 공칭 크기는 5.25인치였으나 오늘날에는 가장 일반적인 하드 디스크 플래터 크기가 3.5인치입니다.
노트북 드라이브는 예상되는 작은 크기와 더 적은 무게로 인해 일반적으로 더 작습니다. 이러한 드라이브의 플래터는 일반적으로 직경이 2.5" 이하입니다. 2.5"가 표준 폼 팩터이지만 1.8" 및 1.0" 플래터가 있는 드라이브는 모바일 장비에서 점점 더 보편화되고 있습니다.
드라이브는 플래터를 물리적 드라이브 패키지의 너비만큼 확장하지만 드라이브에 넣을 수 있는 스토리지의 양을 최대화하기 위해 플래터를 확장하지만 전반적으로 더 작은 플래터로 향하고 있습니다. 기업이 데스크톱 장치의 경우에도 플래터를 더 작게 만드는 주된 이유는 다음과 같습니다.
고강성 플래터는 충격과 진동에 더 강하며 고속 스핀들 및 기타 고성능 하드웨어와 결합하는 데 더 적합합니다. 하드 디스크 플래터의 직경을 2배로 줄이면 강성이 약 4배 증가합니다.
작은 플래터의 크기는 헤드 액추에이터가 무작위 탐색을 수행하기 위해 헤드를 좌우로 움직여야 하는 거리를 줄여줍니다. 이렇게 하면 탐색 시간이 향상되고 임의 읽기 및 쓰기가 더 빨라집니다.
최신 하드 디스크 스핀들은 속도 성능상의 이유로 증가하고 있습니다. 작은 플래터는 회전이 더 쉽고 덜 강력한 모터가 필요하며 정지된 위치에서 회전하는 속도가 더 빠릅니다.
오늘날 사용 가능한 가장 작은 하드 디스크 플래터 크기는 직경이 1인치입니다. IBM의 놀라운 Micro 드라이브는 단일 플래터를 가지고 있으며 디지털 카메라, 개인용 수첩 및 기타 소형 장비에 맞도록 설계되었습니다. 플래터의 작은 크기는 배터리 전원을 소모하는 마이크로 드라이브, 1초 이내에 회전을 줄였다가 다시 백업합니다.
엔지니어링 관점에서 더 많은 플래터는 더 많은 질량을 의미하므로 드라이브 시작 또는 중지 명령에 대한 응답이 느려집니다. 더 강력한 스핀들 모터로 보상할 수 있지만 이는 다른 절충안으로 이어집니다.
사실 최근 추세는 헤드 암과 플래터가 더 많은 것이 아니라 더 적은 수의 드라이브로 향하고 있습니다. 면적 밀도가 계속 증가하여 많은 플래터를 사용하지 않고도 대용량 드라이브를 만들 수 있습니다. 이를 통해 제조업체는 시장에 너무 작은 드라이브를 만들지 않고도 플래터 수를 줄여 검색 시간을 개선할 수 있습니다.
하드 디스크의 폼 팩터도 드라이브의 플래터 수에 큰 영향을 미칩니다. 디스크에 사용되는 플래터의 수와 관련된 몇 가지 요소가 있습니다. 플래터가 많은 드라이브는 스핀들 장치의 질량이 증가하고 모든 드라이브를 완벽하게 정렬해야 하고 소음과 진동을 제어하기가 더 어렵기 때문에 엔지니어링하기가 더 어렵습니다.
그래도 하드 디스크 엔지니어는 특정 모델에 많은 플래터를 넣고 싶었지만 표준 "슬림라인" 하드 디스크 폼 팩터는 높이가 1인치로 제한되어 있어 한 번에 넣을 수 있는 플래터의 수를 제한합니다. 단일 유닛. 물론 엔지니어는 주어진 높이의 드라이브에서 플래터 수를 늘릴 수 있도록 플래터 사이에 필요한 간격을 줄이기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다.
데이터를 구성하는 자기 패턴은 하드 디스크 플래터 표면의 매우 얇은 미디어 레이어에 기록됩니다. 플래터 재료의 대부분은 기판이라고 하며 미디어 레이어를 지지하는 것 외에는 아무 역할도 하지 않습니다. 적합하려면 기질 재료는 단단하고 작업하기 쉽고 가볍고 안정적이며 자기적으로 불활성이고 저렴하고 쉽게 구할 수 있어야 합니다. 플래터를 만드는 데 가장 일반적으로 사용되는 재료는 전통적으로 이러한 모든 기준을 충족하는 알루미늄 합금이었습니다.
플래터 바로 위에 떠 있는 읽기/쓰기 헤드와 함께 플래터가 회전하는 방식으로 인해 플래터는 매우 부드럽고 평평해야 하므로 유리, 유리 복합 재료 및 마그네슘 합금과 같은 알루미늄에 대한 대안이 제안되었습니다. 이제 유리와 유리로 만든 합성물이 플래터 기판의 다음 표준이 될 가능성이 점점 높아져 가고 있습니다. 알루미늄 플래터와 비교할 때 유리 플래터에는 다음과 같은 몇 가지 장점이 있습니다.
- 더 나은 품질:
- 강성 향상:
- 얇은 접시:
- 열 안정성:
알루미늄에 비해 유리의 한 가지 단점은 특히 매우 얇게 만들 때 취약하다는 것입니다.
플래터가 만들어지는 기판 재료는 실제 기록 매체가 증착되는 베이스를 형성합니다. 미디어 레이어는 실제 데이터가 저장되는 매우 얇은 자성 물질 코팅입니다. 일반적으로 두께가 수백만 분의 1인치에 불과합니다.
오래된 하드 디스크는 산화 매체를 사용했습니다. 산화물 매체는 사용 비용이 저렴하지만 몇 가지 중요한 단점도 있습니다. 첫 번째는 부드러운 재질로 읽기/쓰기 헤드의 접촉으로 쉽게 손상된다는 점입니다. 두 번째는 상대적으로 저밀도 저장에만 유용하다는 것입니다. 데이터 밀도가 상대적으로 낮은 구형 하드 디스크에서는 잘 작동했지만 제조업체가 점점 더 많은 데이터를 동일한 공간에 포장하려고 함에 따라 산화물은 작업에 적합하지 않았습니다. 산화물 입자는 새로운 디자인의 작은 자기장에 비해 너무 커졌습니다.
오늘날의 하드 디스크는 박막 미디어를 사용합니다. 박막 매체는 플래터 표면에 적용된 매우 얇은 자성 재료 층으로 구성됩니다. 플래터에 미디어 재료를 증착하기 위해 특별한 제조 기술이 사용됩니다.
산화물 매체에 비해 박막 매체는 훨씬 더 균일하고 매끄 럽습니다. 또한 매우 우수한 자기 특성을 가지고 있어 동일한 공간에 훨씬 더 많은 데이터를 저장할 수 있습니다. 자성 매체를 적용한 후 각 플래터의 표면은 일반적으로 탄소로 만든 얇고 보호적인 층으로 덮여 있습니다. 그 위에 초박형 윤활층이 추가됩니다. 이 재료는 드라이브에 들어갈 수 있는 헤드 또는 기타 이물질의 우발적인 접촉으로 인한 디스크 손상을 보호하는 데 사용됩니다.
읽기/쓰기 헤드
헤드는 데이터가 하드 디스크에 저장되는 자기 물리적 매체에 대한 읽기/쓰기 인터페이스입니다. 헤드는 비트를 자기 펄스로 변환하고 플래터에 저장한 다음 데이터를 다시 읽어야 할 때 프로세스를 반대로 하는 작업을 수행합니다. 헤드는 면적 밀도와 디스크 회전 속도를 높이기 위해 하드 디스크에서 가장 비싼 부품 중 하나입니다.
GMR 헤드는 오늘날의 하드 디스크에서 가장 널리 사용되지만 읽기/쓰기 헤드에 대해 여러 번 제안된 몇 가지 기술이 있습니다.
- 페라이트 헤드
- 메탈인갭(MIG) 헤드
- 박막(TF) 헤드
- 이방성 자기 저항(AMR/MR) 헤드
- GMR(Giant Magneto Resistive) 헤드
- CMR(Colossal Magneto Resistive) 헤드
읽기/쓰기 헤드는 데이터 저장 및 검색에서 중요한 역할을 하기 때문에 하드 디스크의 전체 성능을 결정하는 데 매우 중요한 구성 요소입니다. 새로운 헤드 기술은 종종 최신 하드 디스크의 속도와 크기를 증가시키는 방아쇠 역할을 하므로 읽기/쓰기 헤드는 하드 디스크의 가장 정교한 부분이며 그 자체로 놀라운 기술입니다.
저장할 데이터의 각 비트는 0과 1을 자속 반전 패턴으로 변환하는 특수 인코딩 방법을 사용하여 하드 디스크에 기록됩니다. 각 하드 디스크 플래터에는 일반적으로 데이터를 저장하는 데 사용되는 두 개의 표면이 있으며 일반적으로 드라이브에 사용되는 각 표면에 대해 하나의 헤드가 있습니다. 대부분의 하드 디스크에는 1~4개의 플래터가 있으므로 대부분의 하드 디스크에는 2~8개의 헤드가 있습니다. 일부 더 큰 드라이브에는 20개 이상의 헤드가 있을 수 있습니다. 주어진 시간에 하나의 헤드만 하드 디스크에서 읽거나 쓸 수 있습니다. 특정 시간에 활성 상태인 헤드를 제어하는 데 특수 회로가 사용됩니다.
헤드는 디스크 표면 위에 떠 있으며 플래터를 물리적으로 건드리지 않고도 모든 작업을 수행합니다. 헤드와 플래터 사이의 공간을 플로팅 하이트 또는 플라잉 하이트 또는 헤드 갭이라고 합니다. 읽기/쓰기 헤드 어셈블리는 헤드 암의 스프링 강철을 사용하여 스프링이 장착되어 디스크가 고정되어 있을 때 슬라이더가 플래터를 누르게 됩니다.
이는 헤드가 플래터에서 떨어지지 않도록 하기 위해 수행되므로 정확한 부동 높이를 유지하는 것이 올바른 작동에 필수적입니다. 디스크가 작동 속도까지 회전하면 고속으로 인해 슬라이더 아래로 공기가 흐르고 디스크 표면에서 슬라이더가 들어 올려집니다. 플래터에서 헤드까지의 거리는 제조업체에서 엄격하게 제어하는 특정 설계 매개변수입니다.
현대의 하드 디스크는 부동 높이가 0.5마이크로인치이고 사람의 머리카락도 2,000마이크로인치 이상의 두께를 가지므로 하드 디스크에 먼지가 들어가지 않도록 하는 것이 매우 중요합니다. 디스크의 표면에 가까운 헤드가 만지지 않고 날아가는 것은 실제로 매우 놀랍습니다. 먼지, 지문, 연기 입자조차도 하드 디스크 헤드에 큰 문제입니다.
하드 디스크 드라이브 읽기 쓰기 구조
용량과 성능을 향상시키기 위해 드라이브의 면적 밀도를 높이면 자기장이 더 작아지고 약해집니다. 이를 보상하려면 헤드를 더 민감하게 만들거나 플로팅 높이를 줄여야 합니다.
플로팅 높이가 낮아질 때마다 디스크의 기계적 측면을 조정하여 플래터가 더 평평하고 플래터 어셈블리와 읽기/쓰기 헤드의 정렬이 완벽하고 먼지나 먼지가 없는지 확인해야 합니다. 접시 표면의 먼지. 진동과 충격도 걱정거리가 되며 보상해야 합니다.
이것이 제조업체가 유리 플래터 기판의 사용뿐만 아니라 더 작은 플래터로 눈을 돌리는 이유 중 하나입니다. GMR과 같은 최신 헤드는 다른 모든 것이 동일하고 덜 민감한 구형 헤드보다 더 높은 비행 높이를 허용하기 때문에 선호됩니다.
헤드 충돌
하드 디스크의 읽기/쓰기 헤드는 디스크 플래터 자체 위의 미세한 공기층에 떠 있기 때문에 특정 상황에서 헤드가 하드 디스크의 미디어와 접촉할 수 있습니다. 일반적으로 헤드는 드라이브를 시작하거나 중지할 때만 표면에 접촉합니다.
현대식 하드 디스크는 초당 100번 이상 회전합니다. 디스크가 작동 속도일 때 헤드가 디스크 표면에 닿으면 결과는 다음과 같습니다. 데이터 손실, 헤드 손상, 디스크 표면 손상 또는 세 가지 모두. 이것은 일반적으로 모든 컴퓨터 사용자에게 가장 두려운 두 단어인 헤드 크래시라고 합니다. 헤드 충돌의 가장 흔한 원인은 헤드와 디스크 사이의 얇은 틈에 끼어 있는 오염 물질과 작동 중 하드 디스크에 가해지는 충격입니다.
헤드 파킹
플래터가 회전하지 않을 때 헤드는 디스크 표면에 놓입니다. 플래터가 회전하면 헤드가 플래터의 표면을 따라 마찰되어 플래터가 들어 올려져 공기 쿠션 위에 뜨기에 충분한 속도를 얻을 수 있습니다. 드라이브가 스핀다운되면 프로세스가 역순으로 반복됩니다. 두 경우 모두 일정 시간 동안 헤드가 움직이는 동안 디스크 표면과 접촉합니다.
플래터와 헤드는 이러한 접촉이 발생할 것이라는 점을 염두에 두고 설계되었지만 데이터가 있는 디스크 영역에서는 이러한 접촉이 발생하지 않도록 하는 것이 좋습니다.
이러한 이유로 대부분의 디스크는 이륙 및 착륙을 위해 머리가 놓일 위치로 지정된 특수 트랙을 따로 설정합니다. 이 영역을 랜딩 존이라고 하며 데이터가 배치되지 않습니다. 이렇게 지정된 구역으로 헤드를 옮기는 과정을 헤드 파킹이라고 합니다.
거의 모든 새로운 운영 체제에는 필요할 때 헤드를 자동으로 고정하는 기능이 내장되어 있습니다. 스테퍼 모터를 사용하는 대부분의 초기 하드 드라이브는 드라이브 헤드를 자동으로 고정하지 않았으므로 안전 예방 조치로 사용자가 그 당시 PC를 종료하기 전에 실행할 수 있는 많은 작은 유틸리티가 작성되었습니다. 유틸리티는 디스크에 헤드를 착륙 영역으로 이동하도록 지시하고 PC를 안전하게 끌 수 있습니다.
하드 디스크에 대한 BIOS 설정의 매개변수는 특정 하드 디스크 모델의 랜딩 영역이 어느 트랙인지 시스템에 알려줍니다. 일반적으로 실제로 데이터에 사용되는 가장 큰 번호의 트랙보다 다음 연속 번호의 트랙이었습니다. 최신 보이스 코일 작동식 하드 디스크 드라이브는 모두 자동 주차입니다. 이제 최신 하드 디스크의 헤드를 수동으로 파킹할 필요가 없습니다.
헤드 슬라이더, 암 및 액추에이터
각 플래터의 상단과 하단 표면에 장착된 읽기/쓰기 헤드를 사용하여 읽기 및 쓰기 작업을 위해 하드 디스크 플래터에 액세스할 때 읽기/쓰기 헤드는 공간에 그냥 떠다니는 것이 아닙니다. 읽고 있는 표면과 관련된 정확한 위치에 있어야 하며 디스크의 전체 표면에 액세스할 수 있도록 트랙에서 트랙으로 이동해야 합니다.
헤드는 종종 헤드 어셈블리 또는 액츄에이터 어셈블리 또는 헤드 액츄에이터 어셈블리라고 하는 이 프로세스를 용이하게 하는 구조에 장착됩니다. 여러 부분으로 구성되어 있습니다. 헤드 자체는 헤드 슬라이더에 장착됩니다. 슬라이더는 헤드 암의 끝에서 디스크 표면 위에 매달려 있습니다. 헤드 암은 모두 액츄에이터에 의해 디스크 표면 주위에서 움직이는 단일 구조로 기계적으로 융합됩니다.
헤드 슬라이더
각 하드 디스크 헤드는 헤드 슬라이더 또는 줄여서 슬라이더라고 하는 특수 장치에 장착됩니다. 슬라이더의 기능은 헤드를 물리적으로 지지하고 헤드가 표면 위에 떠 있을 때 플래터에 대해 올바른 위치에 유지하는 것입니다. 하드 디스크 읽기/쓰기 헤드는 너무 작아서 더 큰 장치에 연결하지 않고 사용할 수 없습니다.
슬라이더는 플래터 위로 정확하게 이동할 수 있도록 특별한 모양이 제공됩니다. 하드 디스크 읽기/쓰기 헤드의 크기가 줄어들면서 이를 운반하는 슬라이더도 축소되었습니다. 작은 슬라이더를 사용하는 주요 이점은 플래터 표면 주위에서 잡아당겨야 하는 무게를 줄여 위치 지정 속도와 정확도를 모두 향상시킨다는 것입니다. 슬라이더가 작을수록 잠재적으로 디스크 표면과 접촉할 표면적이 적습니다. 각 슬라이더는 결합되는 플래터 표면 위로 이동할 수 있도록 헤드 암에 장착됩니다.
헤드 암
헤드 암은 얇은 금속 조각으로, 일반적으로 읽기/쓰기 헤드를 운반하는 헤드 슬라이더가 장착되는 삼각형 모양입니다. 읽기/쓰기 헤드당 하나의 암이 있으며 모두 정렬되어 헤드 액추에이터에 장착되어 단일 장치를 형성합니다.
이것은 액추에이터가 움직일 때 모든 헤드가 동기화된 방식으로 함께 움직인다는 것을 의미합니다. 암 자체는 가볍고 얇은 소재로 만들어져 드라이브의 내부에서 외부로 빠르게 이동할 수 있습니다. 새로운 디자인은 무게를 줄이고 성능을 향상시키기 위해 견고한 암을 구조적 형태로 대체했습니다.
새 드라이브는 더 빠르고 더 똑똑한 액추에이터와 더 가볍고 더 단단한 헤드 암을 사용하여 부분적으로 더 빠른 탐색 시간을 달성하여 트랙 사이를 전환하는 시간을 줄여줍니다. 하드 디스크 산업의 최근 경향은 다양한 드라이브 제품군의 플래터 수를 줄이는 것입니다. 다양한 제품군의 일부 주력 드라이브조차도 1년 정도 전에는 4~5개가 일반적이었던 플래터가 이제 3~2개만 있습니다.
이 추세의 한 가지 이유는 헤드 암이 많으면 무작위 탐색에서 매우 빠른 위치 지정을 허용할 만큼 충분히 높은 정밀도로 드라이브를 만들기가 어렵기 때문입니다. 이는 추가 암으로 인해 액추에이터 어셈블리의 무게가 증가하고 모든 헤드를 정렬하는 데 문제가 있기 때문입니다.
헤드 액츄에이터
액츄에이터는 하드 디스크에서 매우 중요한 부분입니다. 트랙에서 트랙으로 변경하는 것이 하드 디스크에서 능동적인 움직임이 필요한 유일한 작업이기 때문입니다. 헤드 변경은 전자 기능이며 섹터 변경에는 올바른 섹터 번호가 회전하여 헤드 아래에 올 때까지 기다리는 것이 포함됩니다. 트랙을 변경한다는 것은 머리를 이동해야 한다는 것을 의미하므로 이 이동이 빠르고 정확하게 수행될 수 있는지 확인하는 것이 가장 중요합니다.
액츄에이터는 헤드 암을 플래터 표면의 다른 트랙에 다른 실린더에 배치하는 데 사용되는 장치입니다. 모든 헤드 암이 동기식 장치로 움직이므로 각 암이 각각의 동일한 트랙 번호로 이동하기 때문입니다. 표면. 헤드 액추에이터에는 두 가지 일반적인 종류가 있습니다.
두 설계의 주요 차이점은 스테퍼 모터는 절대 위치 지정 시스템이고 보이스 코일은 상대 위치 지정 시스템이라는 것입니다.
모든 최신 하드 디스크는 보이스 코일 액추에이터를 사용합니다. 보이스 코일 액추에이터는 훨씬 더 적응력이 뛰어나고 열 문제에 둔감합니다. 스테퍼 모터보다 훨씬 빠르고 안정적입니다. 액추에이터의 위치는 동적이며 트랙의 실제 위치를 검사한 피드백을 기반으로 합니다. 이 폐쇄 루프 피드백 시스템은 서보 모터 또는 서보 위치 지정 시스템이라고도 하며 정밀한 위치 지정이 중요한 수천 가지 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다.
스핀들 모터
스핀들 모터 또는 스핀들 샤프트는 하드 디스크 플래터를 회전시켜 하드 드라이브가 작동하도록 하는 역할을 합니다. 스핀들 모터는 많은 드라이브 고장이 실제로 데이터 저장 시스템이 아니라 스핀들 모터의 고장이기 때문에 하드 디스크가 제대로 작동할 수 있도록 자주 연속 사용되는 수천 시간 동안 안정적이고 안정적이며 일관된 회전력을 제공해야 합니다.
하드 디스크의 스핀들 모터는 수명이 길고 데이터를 오랫동안 안전하게 유지하려면 다음과 같은 품질을 가져야 합니다.
- 수천 시간 동안 실행할 수 있고 실패 없이 수천 번의 시작 및 중지 주기를 견딜 수 있도록 고품질이어야 합니다.
- 드라이브 내부의 플래터와 헤드의 엄격한 허용 오차로 인해 최소한의 진동으로 원활하게 작동해야 합니다.
- 과도한 열이나 소음이 발생하지 않아야 합니다.
- 너무 많은 전력을 소모하지 않아야 합니다.
- 적절한 속도로 회전할 수 있도록 속도를 관리해야 합니다.
이러한 요구 사항을 충족하기 위해 모든 PC 하드 디스크는 서보 제어 DC 스핀들 모터를 사용합니다. 하드 디스크 스핀들 모터는 직접 연결을 위해 구성됩니다. 하드 디스크 플래터 스핀들에 연결하는 데 사용되는 벨트나 기어가 없습니다. 플래터가 장착되는 스핀들은 모터의 샤프트에 직접 부착됩니다.
플래터는 스핀들의 정확한 크기의 구멍으로 가공되며 정확한 거리를 유지하고 헤드 암을 위한 공간을 제공하기 위해 분리 링이 있는 스핀들에 배치됩니다. 스핀들 모터가 수행해야 하는 작업의 양은 다음 요인에 따라 다릅니다.
플래터의 크기와 수: 드라이브에 플래터가 더 많고 플래터가 많다는 것은 모터가 회전할 수 있는 질량이 더 커짐을 의미하므로 더 강력한 모터가 필요합니다. 고속 드라이브도 마찬가지입니다.
o 전원 관리: 오늘날 사용자는 정지 위치에서 작동 속도로 빠르게 회전할 수 있는 하드 디스크를 점점 더 원하고 있으며, 이를 위해서는 더 빠르고 강력한 모터도 필요합니다.
새로운 하드 디스크에서 스핀들 속도가 중요한 문제로 간주되어야 하는 것처럼 높은 스핀들 속도로 인해 하드 디스크에서 발생하는 소음, 열 및 진동의 양을 제어하는 것도 하드 디스크에서 중요한 포인트가 되었습니다.
일부 최신 드라이브, 특히 7200 및 10,000RPM 모델은 실행할 때 많은 소음을 낼 수 있습니다. 가능하다면 구입하기 전에 작동 중인 하드 디스크를 확인하여 소음 수준을 평가하고 문제가 발생하는지 확인하는 것이 좋습니다. 이것은 개인마다 크게 다릅니다. 발생하는 소음도 같은 제품군에서도 개별 드라이브에 따라 어느 정도 다릅니다. 스핀들 모터에서 생성된 열은 결국 하드 디스크를 손상시킬 수 있습니다. 따라서 최신 드라이브의 최신 하드 디스크는 냉각에 더 많은 관심을 기울이고 있습니다.
커넥터 및 점퍼
하드 디스크에는 하드 디스크를 구성하고 시스템의 나머지 부분에 연결하는 데 사용되는 여러 커넥터와 점퍼가 있습니다. 하드 디스크에 있는 커넥터의 수와 유형은 시스템에 연결하는 데 사용하는 데이터 인터페이스, 드라이브 제조업체 및 드라이브가 소유할 수 있는 특수 기능에 따라 다릅니다.
공통 점퍼 설정에 대한 지침은 일반적으로 드라이브에 바로 인쇄되어 있습니다. 하드 디스크 드라이브는 전원 공급 장치에서 나오는 전원 커넥터 중 하나를 사용하는 표준 4핀 수 커넥터 플러그를 사용합니다. 이것은 4-와이어 플라스틱 커넥터를 통해 하드 디스크에 +5 및 +12 전압을 제공합니다.
일반적으로 최신 하드 디스크 드라이브가 그 중 하나를 사용하는 두 가지 유형의 인터페이스가 있습니다.
- IDE/ATA: 40핀 직사각형 커넥터가 있습니다.
- SCSI: 50핀, 68핀 또는 80핀 D형 커넥터. 이 세 개의 핀 번호는 모두 다음과 같은 다른 유형의 SCSI 디스크를 나타냅니다.
- 50핀 커넥터는 장치가 좁은 SCSI임을 의미합니다.
- 68핀은 와이드 SCSI를 의미합니다.
- 80핀은 단일 커넥터 부착(SCA)을 사용하는 와이드 SCSI를 의미합니다.
커넥터 및 점퍼
하드 디스크 드라이브의 커넥터는 일반적으로 2xN 직사각형 핀 그리드(여기서 N은 인터페이스에 따라 20, 25, 34 또는 40임) 형태입니다. 현재 대부분의 SCSI 인터페이스 커넥터는 D자형이므로 잘못된 삽입을 방지하기 위해 키가 지정되어 있습니다. 다른 인터페이스의 경우 항상 그런 것은 아닙니다.
이러한 이유로 케이블을 꽂기 전에 올바른 방향인지 확인하는 것이 중요합니다. 케이블에는 와이어 1을 나타내는 빨간색 줄무늬가 있고 하드 디스크는 여러 가지 형태의 마커를 사용하여 일치하는 핀 1.
IDE/ATA 하드 디스크는 점퍼 측면에서 상당히 표준적입니다. 일반적으로 몇 가지 점퍼 설정만 있으며 드라이브마다 크게 다르지 않습니다. 다음은 일반적으로 하드 디스크에서 볼 수 있는 점퍼 설정입니다.
드라이브 선택: 동일한 IDE 채널에 두 개의 드라이브(마스터 및 슬레이브)가 있을 수 있습니다. 점퍼는 일반적으로 각 드라이브가 IDE 채널에서 마스터 또는 슬레이브로 기능해야 하는지 여부를 알려주는 데 사용됩니다.
채널의 단일 드라이브에 대해 대부분의 제조업체는 드라이브를 마스터로 점퍼하도록 지시하는 반면 Western Digital과 같은 일부 제조업체는 슬레이브가 있는 채널의 마스터와 달리 단일 드라이브에 대해 별도의 설정을 가지고 있습니다. 드라이브가 실제로 작동 관계가 없기 때문에 마스터와 슬레이브라는 용어는 오해의 소지가 있습니다.
슬레이브 있음: 일부 드라이브에는 마스터로 구성된 드라이브에 ATA 채널에도 슬레이브 드라이브가 있음을 알리는 데 사용되는 추가 점퍼가 있습니다. 이는 표준 마스터/슬레이브 IDE 채널 신호를 지원하지 않는 일부 구형 드라이브에만 필요합니다.
케이블 선택: 일부 구성에서는 특수 케이블을 사용하여 드라이브가 마스터이고 슬레이브이며 이 시스템이 사용되는 시기를 결정합니다. 케이블 선택 점퍼는 일반적으로 활성화됩니다.
크기 제한 점퍼: 일부 대용량 하드 디스크 드라이브는 BIOS 프로그램이나 대용량 하드 디스크가 없는 구형 컴퓨터에서 제대로 작동하지 않습니다. 디스크 지원은 그들을 인식합니다. 이 문제를 해결하기 위해 일부 드라이브에는 설정 시 호환성을 위해 BIOS에 실제보다 작은 크기로 표시되는 특수 점퍼가 있습니다.
예를 들어 일부 2.5GB 하드 디스크에는 2.1GB를 초과하는 것을 지원하지 않는 시스템에 2.1GB 하드 디스크로 나타나도록 하는 점퍼가 있습니다. 이는 때때로 용량 제한 점퍼라고도 하며 제조업체마다 다릅니다.
Seagate Technology 하드 디스크 모델의 점퍼 설정 예
SCSI 하드 디스크에는 IDE/ATA 하드 디스크보다 더 정교한 컨트롤러가 있으므로 SCSI에는 일반적으로 작동을 제어하도록 설정할 수 있는 더 많은 점퍼가 있습니다. 또한 제조업체와 모델에 따라 보유하고 있는 점퍼의 수와 유형이 훨씬 더 많이 달라지는 경향이 있습니다.
일반적으로 다음은 가장 일반적이고 중요한 SCSI 드라이브 점퍼입니다.
SCSI 장치 ID: SCSI 버스의 모든 장치는 주소 지정을 위해 고유하게 식별되어야 합니다. Narrows SCSI 드라이브에는 0에서 7까지의 ID 번호를 디스크에 할당하는 데 사용할 수 있는 3개의 점퍼 세트가 있습니다. Wide SCSI 드라이브에는 0에서 15까지의 ID 번호를 활성화하는 4개의 점퍼가 있습니다. 일부 시스템은 점퍼를 사용하여 SCSI 장치 ID를 구성합니다.
SCSI 드라이브 점퍼
터미네이션 활성화: SCSI 버스 끝에 있는 장치가 버스가 제대로 작동하려면 버스를 터미네이션해야 합니다. 하드 디스크가 버스 끝에 있는 경우 이 점퍼를 설정하면 올바른 작동을 위해 버스가 종료됩니다. 모든 드라이브가 종료를 지원하는 것은 아닙니다.
자동 시작 비활성화: 있는 경우 이 점퍼는 전원이 공급될 때 드라이브가 자동으로 회전하지 않고 SCSI 버스를 통한 시작 명령을 기다리도록 지시합니다. 이것은 일반적으로 전원 공급 장치의 과도한 시동 부하를 방지하기 위해 수행됩니다. 일부 제조업체는 이 점퍼의 의미를 반대로 합니다. 기본적으로 시작을 비활성화하고 자동 시작 활성화 점퍼를 제공합니다.
자동 시작 지연: 이 점퍼는 드라이브가 자동으로 시작되지만 전원이 공급된 후 미리 정의된 시간(초) 동안 기다리도록 지시합니다. 또한 많은 드라이브가 있는 시스템에서 모터 시동 부하를 오프셋하는 데 사용됩니다.
스태거 회전: 많은 하드 드라이브가 있는 시스템에서 각 장치에 대해 이 옵션이 설정되어 있으면 드라이브는 SCSI 장치 ID에 사용자 정의 상수를 곱하여 시작 시간을 비틀립니다. 이렇게 하면 동일한 SCSI 채널에 있는 두 개의 드라이브가 동시에 시작되지 않습니다.
내로우 또는 와이드: 일부 드라이브에는 내로우 또는 와이드 모드에서 작동할지 여부를 제어하는 점퍼가 있습니다.
Force SE: Ultra2, Wide Ultra2, Ultra160, Ultra160+ 또는 기타 LVD SCSI 드라이브가 LVD(저전압 차동) 대신 단일 종단(SE) 작동을 사용하도록 합니다.
패리티 비활성화: 기능을 지원하지 않는 호스트 어댑터와의 호환성을 위해 SCSI 버스에서 패리티 검사를 끕니다.
이것이 전부는 아닙니다. 많은 SCSI 드라이브에는 더 많은 점퍼를 통해 활성화되는 몇 가지 추가 특수 기능이 있습니다. 일부 드라이브는 SCSI 인터페이스를 통해 전송된 소프트웨어 명령으로 일부 점퍼를 교체했습니다.
로직 보드
많은 기능과 더 빠른 속도를 갖춘 최신 하드 디스크 드라이브가 도입되었으며 개발이 아직 진행 중입니다. 이러한 모든 기능을 제어하고 디스크의 고성능 기능을 고급 방식으로 제공하기 위해 모든 최신 하드 디스크는 하드 디스크 장치에 통합된 지능형 회로 기판으로 만들어집니다. 이 회로 기판을 하드 디스크 로직 보드라고 합니다. 로직 보드는 하드 디스크에 다양한 기능과 특징을 제공하기 위해 다음과 같은 중요한 구성 요소를 사용합니다.
- 제어 회로
- 감지, 증폭 및 변환 회로
- 인터페이스 하드웨어
- 펌웨어
- 다중 명령 제어 및 재정렬
오늘날 PC 하드 디스크 IDE(Integrated Drive Electronics) 및 SCSI(Small Computer Systems Interface)에 널리 사용되는 두 가지 가장 일반적인 인터페이스는 모두 통합 컨트롤러를 사용합니다. IDE 인터페이스의 더 정확한 이름은 AT Attachment 또는 ATA(Advanced Technology Attachment)입니다. 최신 하드 디스크에는 1980년대 중반의 전체 PC보다 더 많은 메모리와 더 빠른 내부 프로세서가 포함된 매우 정교한 로직 보드가 있습니다.
로직 보드는 이전보다 몇 가지 중요한 기능을 수행합니다. 따라서 논리 회로는 기하학 변환, 고급 안정성 기능, 더 복잡한 헤드 기술, 더 빠른 인터페이스 및 디스크 자체에서 스트리밍되는 더 높은 대역폭 데이터와 같은 변경 사항을 처리하기 위해 더 강력해야 합니다.
하드 디스크의 내부 로직 보드는 마이크로프로세서와 내부 메모리, 그리고 드라이브 내부에서 일어나는 일을 제어하는 기타 구조와 회로를 포함합니다. 드라이브 제어 회로의 가장 중요한 기능 중 일부는 다음과 같습니다.
- 스핀들이 올바른 속도로 작동하는지 확인하는 것을 포함하여 스핀들 모터를 제어합니다.
- 액츄에이터의 다양한 트랙으로의 움직임을 제어합니다.
- 모든 읽기 및 쓰기 작업 관리
- 전원 관리 기능 구현.
- 기하학적 변환 처리.
- 프리페치와 같은 최적화 기능 및 내부 캐시 관리
- 하드 디스크 인터페이스를 통한 정보 흐름, 다중 요청 최적화, 읽기/쓰기 헤드에서 요구하는 형식으로/에서 데이터 변환 등과 같이 이 섹션에 언급된 다른 기능을 조정 및 통합합니다.
- 모든 고급 성능 및 안정성 기능을 구현합니다.
최신 하드 디스크에는 내부 마이크로프로세서가 있으며 대부분은 이를 실행하는 내부 소프트웨어도 있습니다. 이 루틴은 제어 논리를 실행하고 드라이브가 작동하도록 합니다. 사실 이것은 이러한 명령어가 읽기 전용 메모리에 내장되어 있기 때문에 일반적인 의미의 소프트웨어가 아닙니다. 이 코드는 ROM에 내장된 저수준 하드웨어 기반 제어 루틴인 시스템 BIOS와 유사합니다. 일반적으로 펌웨어라고 합니다.
때때로 펌웨어가 하드웨어와 소프트웨어의 중간 고리라고 불리는 이유입니다. 많은 드라이브에서 펌웨어는 소프트웨어 제어 하에 업데이트될 수 있습니다.
캐시 및 캐시 회로
하드 디스크의 통합 캐시(버퍼라고도 함)의 기능은 상대적으로 빠른 장치와 상대적으로 느린 장치 사이에서 버퍼 역할을 하는 것입니다. 하드 디스크의 경우 캐시는 디스크에서 최근 읽은 결과를 유지하고 가까운 장래에 요청할 가능성이 있는 정보(예: 방금 요청한 섹터 또는 바로 다음 섹터)를 미리 가져오는 데 사용됩니다. .
따라서 이 캐시의 목적은 일반적으로 일반 PC 캐시 계층의 일부로 생각되지 않지만 PC에서 사용되는 다른 캐시와 다르지 않습니다. 누군가가 일반적으로 디스크 캐시에 대해 말할 때 일반적으로 하드 디스크 내부의 이 작은 메모리 영역을 말하는 것이 아니라 디스크 시스템에 대한 버퍼 액세스를 위해 따로 마련된 시스템 메모리의 캐시를 말하는 것이라는 점을 항상 염두에 두어야 합니다.
캐시를 사용하면 반복 읽기에서 디스크에 대한 물리적 액세스 수를 줄이고 버스가 사용 중일 때 중단 없이 디스크에서 데이터를 스트리밍할 수 있으므로 모든 하드 디스크의 성능이 향상됩니다. 대부분의 최신 하드 디스크에는 512KB에서 2MB 사이의 내부 캐시 메모리가 있으며 일부 고성능 SCSI 드라이브도 16MB에 달합니다.
하드 디스크의 캐시는 하드 디스크와 하드 디스크 인터페이스의 속도 차이 때문에 중요합니다. 하드 디스크에서 데이터 조각을 찾는 것은 임의의 위치 지정을 포함하며 하드 디스크 액추에이터가 움직이고 디스크가 스핀들에서 회전할 때 밀리초의 페널티가 발생합니다. 이것이 하드 디스크에 내부 버퍼가 있는 이유입니다.
단순 캐시 작동의 기본 원리는 간단합니다. 하드 디스크에서 데이터 읽기는 일반적으로 한 번에 하나의 512바이트 섹터가 아닌 다양한 크기의 블록에서 수행됩니다. 캐시는 데이터 블록 하나를 포함할 수 있는 세그먼트 또는 조각으로 나뉩니다.
하드 디스크에서 데이터를 요청하면 캐시 회로에 먼저 쿼리를 통해 데이터가 캐시의 세그먼트에 존재하는지 확인합니다. 존재하는 경우 하드 디스크 플래터에 액세스할 필요 없이 로직 보드에 공급됩니다. 데이터가 캐시에 없으면 하드 디스크에서 읽어 컨트롤러에 제공한 다음 다시 요청을 받을 경우 캐시에 넣습니다.
캐시 크기가 제한되어 있으므로 세그먼트를 재활용해야 하기 전에 보유할 수 있는 데이터가 너무 많습니다. 일반적으로 가장 오래된 데이터 조각이 최신 데이터로 교체됩니다. 이를 FIFO(circular, first-in, first-out) 또는 랩어라운드 캐싱이라고 합니다.
성능 향상을 위한 노력의 일환으로 오늘날 대부분의 하드 디스크 제조업체는 특히 고급형 SCSI 드라이브에서 캐시 관리 회로를 개선했습니다.
적응형 분할: 기존 캐시는 동일한 크기의 여러 세그먼트로 잘립니다. 다양한 크기의 데이터 블록에 대한 요청이 이루어질 수 있기 때문에 일부 세그먼트의 캐시 스토리지 중 일부가 남게 되어 낭비될 수 있습니다. 많은 최신 드라이브는 각 액세스에 필요한 공간 크기에 따라 세그먼트 크기를 동적으로 조정하여 활용도를 높입니다. 세그먼트 수를 변경할 수도 있습니다. 이는 고정 크기 세그먼트보다 처리하기가 더 복잡하며 공간이 제대로 관리되지 않으면 자체 낭비가 발생할 수 있습니다.
Pre-Fetch: 드라이브의 액세스 및 사용 패턴 분석을 기반으로 드라이브의 캐시 로직이 로드를 시도합니다. 아직 요청되지 않았지만 곧 요청될 것으로 예상되는 캐시 데이터의 일부입니다. 일반적으로 이것은 통계적으로 다음에 요청할 가능성이 더 높기 때문에 디스크에서 방금 읽은 것 이상으로 추가 데이터를 로드하는 것을 의미합니다. 올바르게 수행하면 성능이 어느 정도 향상됩니다.
사용자 제어: 고급형 드라이브는 사용자가 드라이브 캐시 작동을 세부적으로 제어할 수 있도록 하는 일련의 명령을 구현했습니다. 여기에는 사용자가 캐싱을 활성화 또는 비활성화하고, 세그먼트 크기를 설정하고, 적응형 세분화 및 프리페치를 켜거나 끌 수 있는 기능이 포함됩니다.
내부 버퍼는 분명히 성능을 향상시키고 있지만 한계도 있습니다. 디스크의 다른 부분에 있는 데이터에 대해 많은 무작위 액세스를 수행하는 경우에는 거의 도움이 되지 않습니다. 디스크가 과거에 최근에 데이터를 로드하지 않은 경우 해당 데이터는 캐시에 없기 때문입니다.
버퍼는 디스크에서 많은 양의 데이터를 읽는 경우에도 거의 도움이 되지 않습니다. 일반적으로 50MB 파일을 복사하는 경우 버퍼가 매우 작기 때문입니다. 예를 들어, 512바이트 버퍼가 있는 일반적인 디스크에서 파일의 아주 작은 부분이 버퍼에 있을 수 있고 나머지는 디스크 자체에서 읽어야 합니다.
이러한 제한으로 인해 캐시는 생각보다 전체 시스템 성능에 큰 영향을 미치지 않습니다. 얼마나 도움이되는지는 크기에 따라 다르지만 적어도 회로의 지능에 따라 다릅니다. 전체 하드 디스크의 논리와 같습니다. 그리고 전반적인 논리와 마찬가지로 많은 경우에 주어진 드라이브의 캐시 논리가 어떤 것인지 정확히 판단하기 어렵습니다. 그러나 디스크 캐시의 크기는 시스템 성능 향상에 미치는 전반적인 영향에 중요합니다.
하드 디스크에서 읽기를 캐싱하고 하드 디스크에 쓰기를 캐싱하는 것은 어떤 면에서는 비슷하지만 다른 면에서는 매우 다릅니다. 그들은 하드 디스크의 느린 역학에서 빠른 컴퓨터를 분리하는 전반적인 목표에서 동일합니다. 주요 차이점은 쓰기에는 하드 디스크 변경이 포함되지만 읽기에는 그렇지 않다는 것입니다.
쓰기 캐싱이 없으면 시스템이 하드 디스크가 하드 디스크의 올바른 위치에 액세스하고 데이터를 쓸 때까지 기다리는 동안 하드 디스크에 대한 모든 쓰기 작업은 성능 저하를 수반합니다. 이것은 대부분의 드라이브에서 최소 10밀리초가 소요되며, 이는 컴퓨터 세계에서 긴 시간이며 시스템이 하드 디스크를 기다리기 때문에 성능을 실제로 저하시킵니다. 이 작업 모드를 연속 기입 캐싱이라고 합니다.
쓰기 캐싱이 활성화되고 시스템이 하드 디스크에 쓰기를 보내면 논리 회로는 훨씬 빠른 캐시에 쓰기를 기록한 다음 즉시 프로세스 완료를 위해 운영 체제에 승인을 다시 보냅니다. 그러면 나머지 시스템은 액츄에이터가 위치를 잡고 디스크가 회전할 때까지 기다리지 않고 계속 진행할 수 있습니다. 데이터가 캐시에 저장되고 나중에 플래터에만 다시 쓰기 때문에 이것을 후기입 캐싱이라고 합니다. 물론 후기입 기능은 성능을 향상시킵니다.
캐시 메모리는 휘발성이므로 전원이 꺼지면 내용이 손실됩니다. 아직 디스크에 기록되지 않은 보류 중인 쓰기가 캐시에 있는 경우 영구적으로 사라지고 나머지 시스템은 이를 알 방법이 없습니다. 하드 디스크에서 완료로 알려졌기 때문입니다. 따라서 일부 데이터가 손실될 뿐만 아니라 시스템은 어떤 데이터가 발생했는지조차 알지 못합니다. 최종 결과는 파일 일관성 문제, 운영 체제 손상 등이 될 수 있습니다. 이러한 위험 때문에 일부 상황에서는 쓰기 캐싱이 전혀 사용되지 않습니다.
이것은 높은 데이터 무결성이 중요한 응용 프로그램에 특히 해당됩니다. 그러나 쓰기 캐싱이 제공하는 성능 향상으로 인해 위험에도 불구하고 점점 더 많이 사용되고 있으며 추가 기술을 사용하여 위험을 완화하고 있습니다.
가장 일반적인 기술은 단순히 전원이 꺼지지 않도록 하는 것입니다. 안심할 수 있도록 쓰기 캐싱을 사용하는 더 나은 드라이브에는 캐시에 보류 중인 쓰기가 있으면 즉시 디스크에 쓰도록 드라이브에 지시하는 쓰기 플러시 기능이 있습니다. 이것은 시스템에서 정전이 감지된 경우 UPS 배터리가 다 소모되기 전이나 다른 이유로 시스템이 종료되기 직전에 일반적으로 전송되는 명령입니다.
저수준 하드 디스크 구조
저수준 하드 디스크 구조라고 하면 디스크의 물리적 회로를 아는 데 그다지 관심이 없습니다. 여기에서는 위에서 설명한 디스크 문제 해결 및 데이터 복구 프로그래밍을 이해하기 위해 지금 다룰 용어에 대해 논의할 것입니다.
저수준 하드 디스크 구조는 일반적으로 다음 용어와 관련됩니다.
- 추적
- 실린더
- 부문
- 머리 또는 측면
저수준 하드 디스크 구조
하드 디스크의 플래터는 데이터를 기록하기 위한 양면이 있습니다. 플래터의 모든 표면에는 보이지 않는 동심원이 있으며 이는 하드 디스크를 포맷하는 동안 표면에 자기 정보로 기록됩니다. 이러한 원을 트랙이라고 합니다. 하드 디스크에 저장된 모든 정보는 트랙에 기록됩니다. 트랙은 0부터 시작하여 플래터 외부에서 시작하여 안으로 들어갈수록 증가하는 번호로 매겨집니다.
최대 트랙 수와 실린더 수에 대해서는 다음 장에서 자세히 설명합니다. 그러나 지금은 실린더, 트랙, 헤드(측면) 및 섹터의 최대 수에 대한 물리적 저수준 기하학에 대한 지식을 얻을 수 있습니다.
| Name |
Start From |
End Limit |
Total Number |
| Cylinders |
0 |
1023 |
1024 |
| Heads |
0 |
255 |
256 |
| Sectors |
1 |
63 |
63 |
하드 디스크의 플래터 표면에서 헤드를 디스크의 내부에서 외부로 이동하여 데이터에 액세스합니다. 이러한 데이터 구성을 통해 디스크의 모든 부분에 쉽게 액세스할 수 있으므로 디스크를 임의 액세스 저장 장치라고 합니다.
저수준 하드 디스크 지오메트리 트랙
각 트랙은 수천 바이트의 데이터를 보유할 수 있으며 일반적으로 이 저장 공간은 5000바이트 이상입니다. 따라서 트랙을 디스크에서 가장 작은 저장 단위로 만들면 디스크 공간이 낭비될 것입니다. 이렇게 하면 크기가 5000바이트 미만인 작은 파일이 공간을 낭비하게 되며 일반적으로 다음을 수행할 수 있기 때문입니다. 디스크에 이 크기보다 훨씬 작은 파일이 많이 있습니다.
이러한 방식으로 트랙을 가장 작은 저장 단위로 만들면 작은 파일이 많은 공간을 낭비하게 됩니다. 따라서 각 트랙은 섹터라는 더 작은 단위로 나뉩니다. 각 섹터의 크기는 512바이트입니다. 즉, 섹터는 512바이트의 정보를 보유할 수 있습니다.
따라서 하드 디스크에서 데이터 저장의 기본 단위는 섹터입니다. 이름 섹터는 원의 파이 모양의 각 섹션을 말하며 두 면은 반지름으로, 세 번째는 원 둘레로 경계가 지정됩니다. 다음에 주어진 트랙의 섹터를 나타내는 논리적 그림을 볼 수 있습니다.
따라서 동심원 모양의 트랙이 포함된 하드 디스크에서는 플래터 표면의 각 트랙이 가로채는 섹터를 정의합니다. 이것은 하드 디스크 세계에서 섹터라고 하는 트랙 길이를 따라 작은 세그먼트입니다.
표준에 따르면 하드 디스크의 각 섹터는 512바이트의 사용자 데이터를 저장할 수 있습니다. 그러나 실제로 섹터는 512바이트 이상의 정보를 보유합니다. 드라이브를 관리하고 데이터를 찾고 기타 지원 기능을 수행하는 데 필요한 제어 구조 및 기타 정보에 추가 바이트가 필요합니다.
섹터가 어떻게 구성되는지에 대한 정확한 세부 정보는 드라이브 모델 및 제조업체에 따라 다릅니다. 그러나 섹터의 내용에는 일반적으로 다음과 같은 일반 요소가 포함됩니다.
ID 정보: 일반적으로 섹터의 번호와 위치를 식별하기 위해 각 섹터에 공간이 남습니다. 이것은 디스크에서 섹터를 찾는 데 사용되며 이 영역의 섹터에 대한 상태 정보도 포함합니다. 예를 들어, 비트는 섹터가 결함이 있는 것으로 표시되고 다시 매핑되었는지 여부를 나타내는 데 일반적으로 사용됩니다.
동기화 필드: 읽기 프로세스를 안내하기 위해 드라이브 컨트롤러에서 내부적으로 사용합니다.
데이터: 섹터의 실제 데이터입니다.
오류 수정 코드(ECC): 오류 수정 코드는 데이터 무결성을 보장하는 데 사용됩니다.
갭: 갭은 기본적으로 섹터의 다른 영역을 분리하거나 컨트롤러에 시간을 제공하기 위해 필요에 따라 추가되는 하나 이상의 스페이서입니다. 더 많은 비트를 읽기 전에 읽은 내용을 처리합니다.
각각 설명된 항목을 포함하는 섹터 외에도 각 트랙의 공간은 서보 정보에 사용됩니다. 오버헤드 항목에 대해 각 섹터가 차지하는 공간의 양이 중요합니다. 이 관리에 사용되는 비트가 많을수록 데이터에 사용할 수 있는 전체 공간이 더 적기 때문입니다.
이것이 하드 디스크 제조사들이 디스크에 저장해야 하는 비사용자 데이터 정보의 양을 줄이기 위해 노력하는 이유입니다. 앞에서 설명한 것과 달리 데이터에 사용되는 각 디스크의 비트 비율을 형식 효율성이라고 합니다. 따라서 더 높은 포맷 효율성은 드라이브의 기대되는 기능입니다.
요즘 더 높은 형식 효율성을 얻기 위한 최신 접근 방식에서는 ID 필드가 섹터 형식에서 제거되고 섹터 헤더 내의 각 섹터에 레이블을 지정하는 대신 형식 맵이 메모리에 저장되고 섹터를 찾아야 할 때 참조됩니다.
이 맵은 또한 불량으로 표시되고 섹터가 서보 정보의 위치 등에 상대적인 위치로 재배치된 섹터에 대한 정보를 포함합니다. 이 접근 방식은 각 플래터의 표면에 최대 10% 더 많은 데이터를 저장할 수 있도록 하는 형식 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라 성능도 향상시킵니다. 이 중요한 위치 정보는 고속 메모리에 있기 때문에 훨씬 더 빠르게 액세스할 수 있습니다.
하드 디스크 hd hdd 드라이브 물리적 회로 구조
하드 디스크의 각 플래터는 두 개의 헤드(일부 특수한 경우 제외)를 사용하여 데이터를 기록하고 읽습니다. 하나는 플래터 상단용이고 하나는 하단용입니다. 플래터에 액세스하는 헤드는 헤드 암 어셈블리에 함께 잠겨 있으므로 모든 헤드가 함께 안팎으로 움직이므로 각 헤드는 항상 물리적으로 동일한 트랙 번호에 있습니다.
이것이 트랙 0에 하나의 헤드를 갖고 트랙 1,000에 다른 헤드를 가질 수 없는 이유입니다. 이러한 배열로 인해 헤드의 트랙 위치를 트랙 번호가 아닌 실린더 번호라고 하는 경우가 많습니다.
실린더는 기본적으로 모든 헤드가 현재 위치한 모든 트랙의 집합입니다. 디스크에 4개의 플래터가 있는 경우 일반적으로 8개의 헤드가 있습니다. 이제 실린더 번호가 720이라고 가정합니다.
하드 디스크 드라이브 실린더 물리적 회로 기하학 구조
트랙 번호가 720인 플래터 표면당 하나씩 8개의 트랙 세트로 구성됩니다. 이름은 이러한 트랙이 공간에서 다른 트랙 위에 같은 크기의 원이 쌓이기 때문에 골격 실린더를 형성한다는 사실에서 비롯됩니다. , 앞에서 주어진 그림과 같이.
디스크 요소의 주소 지정은 전통적으로 CHS(실린더, 헤드 및 섹터)를 참조하여 수행됩니다.
서식
모든 저장 미디어는 사용하기 전에 포맷해야 합니다. 포맷에 사용되는 유틸리티는 플로피 디스크에 사용할 때와 하드 디스크에서 작동할 때 다르게 작동합니다. 하드 디스크 포맷에는 다음 단계가 포함됩니다.
파티셔닝:
이 프로세스는 디스크를 다른 하드 디스크 볼륨이나 드라이브 문자를 할당하는 논리적 부분으로 나눕니다.
하드 드라이브 파티셔닝은 하드 드라이브를 구성하는 데 사용할 수 있는 가장 효과적인 방법 중 하나입니다. 파티션은 디렉토리 및 파일보다 더 일반적인 수준의 구성을 제공합니다. 또한 운영 체제 및 애플리케이션에서 데이터를 분리하여 보안을 강화합니다.
파티션을 사용하면 프로그램 및 운영 체제 파일에서 정기적으로 백업해야 하는 데이터 파일을 분리할 수 있습니다. 디스크에 둘 이상의 운영 체제를 로드하려는 경우 하드 드라이브의 파티션 나누기가 필수가 됩니다. 그렇지 않으면 대부분의 경우 데이터가 손실될 수 있습니다.
하드 드라이브의 첫 번째 섹터에는 파티션 테이블이 있습니다. 이 파티션 테이블에는 4개의 파티션을 설명할 수 있는 공간만 있습니다. 이를 기본 파티션이라고 합니다. 이러한 기본 파티션 중 하나는 추가 파티션 체인을 가리킬 수 있습니다. 이 체인의 각 파티션을 논리 파티션이라고 합니다. 다음 장에서 논리적 접근 방식과 함께 파티션 기본 사항에 대해 자세히 논의할 것입니다.
고급 서식:
파티션의 논리적 구조를 정의하고 디스크 시작 부분에 필요한 운영 체제 파일을 배치합니다. 이 단계는 운영 체제 수준의 명령이기도 합니다.
FORMAT.COM인 DOS의 FORMAT 명령은 하드 디스크에서 사용할 때와 플로피 디스크에서 사용할 때 다르게 동작합니다. 플로피 디스크는 단순하고 표준적인 구조를 가지며 파티션할 수 없습니다. 따라서 FORMAT 명령은 플로피 디스크를 하위 수준 및 상위 수준 모두에서 자동으로 포맷하도록 프로그래밍되어 있습니다. 필요한 경우, 그러나 하드 디스크의 경우 FORMAT은 상위 수준 체재.
저수준 포맷을 완료하면 트랙과 섹터가 있는 디스크가 있지만 아무 것도 기록되지 않습니다. 고급 포맷은 프로그램과 데이터를 저장하는 데 디스크를 사용할 수 있도록 디스크에 파일 시스템 구조를 작성하는 프로세스입니다.
DOS를 사용하는 경우 FORMAT 명령(즉, FORMAT.COM)은 DOS 부트 레코드 파일 할당 테이블 및 루트 디렉토리와 같은 구조를 디스크에 기록하여 이 작업을 수행합니다. 고급 포맷은 하드 디스크가 파티션된 후에 수행됩니다.
포맷 및 포맷되지 않은 저장 용량
하드 디스크의 총 저장용량은 포맷된 용량인지 포맷되지 않은 용량인지에 따라 다릅니다. 하드 디스크 공간의 일부는 섹터의 시작과 끝을 표시하는 포맷 정보, ECC(오류 수정 코드) 및 기타 오버헤드 정보가 차지합니다. 이러한 이유로 그 차이는 상당히 클 수 있습니다.
일반적으로 사용자가 로우 레벨로 포맷한 구형 드라이브의 크기는 포맷되지 않은 용량으로 표시되는 경우가 많습니다.
예를 들면 다음과 같습니다. 1980년대 초 원래 IBM PC/XT에 사용된 최초의 드라이브인 Seagate ST-412를 예로 들어 보겠습니다. "12" 이 모델 번호에서 12.76MB의 포맷되지 않은 드라이브 용량을 나타냅니다. 포맷하면 실제로는 10.65MB 드라이브입니다.
하드 디스크의 포맷되지 않은 용량은 일반적으로 포맷된 용량보다 19%(19%) 높습니다. 아무도 포맷되지 않은 드라이브를 사용할 수 없기 때문에 중요한 것은 포맷된 용량뿐이므로 최신 드라이브는 항상 제조업체에서 로우 레벨 포맷을 합니다.
하드 디스크의 용량은 다음 4가지 방식으로 표현할 수 있습니다.
- 수백만 바이트의 형식화된 용량
- 포맷된 용량(MB)
- 수백만 바이트 단위의 포맷되지 않은 용량
- 포맷되지 않은 용량(MB)
이제 C–H–S = 1024*63*63인 하드 디스크가 있는 경우(디스크의 실린더 수 = 1024, 헤드 또는 측면 수 = 63 트랙당 섹터 수 = 63) 모든 섹터 512바이트가 있습니다. 디스크 크기를 계산하는 공식은 다음과 같습니다.
Total Size of the Disk (Bytes) = (Cylinders) X (Heads) X (Sectors) X
(Bytes per Sector) |
이 공식에 의해 주어진 하드 디스크의 크기를 바이트 단위로 계산할 때
= 1024 X 63 X 63 X 512
= 2080899072 Bytes
이제 디스크 크기를 수백만 바이트로 계산하면 대략
= 2080.899072
~ 2081 millions of byte
전통적으로 수백만 바이트 단위의 크기는 M으로 표시됩니다. 따라서 수백만 바이트 단위의 내 디스크 크기는 약 2081M입니다.
하지만 내 하드 디스크의 용량을 메가바이트로 말하면 대략 1985년이 될 것이며 1985 메가바이트로 기록될 것입니다.
이러한 방식으로 수백만 바이트의 디스크 용량을 계산하는 일반 공식은 다음과 같습니다.
그리고 디스크 용량을 메가바이트 단위로 계산하는 일반 공식은 다음과 같습니다.
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