저장장치

하드디스크

하드디스크의 정확한 이름은 움직이는 헤드를 가진 하드디스크 드라이브 moving-head hard disk drive다.

1956년 처음 개발될 당시에 하드디스크는 23인치의 교탁만 한 거대한 크기에 용량은 5MB 정도였다. 당시에는 순차적으로 데이터에 접근하는 저장장치인 테이프 드라이브밖에 없었는데 맨 뒤에 있는 데이터를 읽으려면 테이프를 끝까지 감아야 해서 불편했다. 하드디스크는 원반을 사용한 저장장치로, 맨 앞에 있는 데이터나 맨 뒤에 있는 데이터에 접근하는 속도가 거의 비슷하여 수많은 시스템에서 본격적으로 이를 도입했다.

 

섹터와 블록

물리적인 개념인 섹터sector는 하드디스크의 가장 작은 저장 단위이다. 하나의 섹터에는 한 덩어리의 데이터가 저장된다. 블록은 하드디스크와 컴퓨터 사이에 데이터를 전송하는 논리적인 저장 단위 중 가장 작은 단위다.

 

트랙과 실린더

트랙 track은 플래터에서 회전축을 중심으로 데이터가 기록되는 동일한 동심원상에 있는 섹터의 집합을 말한다.

헤더는 여러 플래터의 같은 위치에 있는 트랙을 동시에 읽거나 쓸 수 있다. 개념적으로 여러 개의 플래터에 있는 같은 트랙의 집합을 실린더 cylinder라고 한다.

 

SSD: Solid State Disk

하드디스크는 반도체를 이용한 저장장치보다는 느리다. 전자의 이동으로 작동하는 메모리와 모터로 헤드를 이동시키는 하드디스크는 속도 차이가 있을 수밖에 없다. SSD는 하드다스크의 느린 속도를 대체하기 위해 개발된 보조저장장치다. SSD는 전원이 사라져도 데이터를 보관할 수 있는 플래시 메모리로 구성된다. 메모리를 이용하기 때문에 속도가 빠를 뿐 아니라 모터와 같이 물리적으로 움직이는 부품이 없어서 소음을 발생시키지 않는다.

초기의 SSD는 하드디스크와 같은 SATA규격의 인터페이스를 사용했지만 현재는 NVME: Non-Volatile Memory express 방식의 독자적인 인터페이스를 사용한다.

 

CD

CD는 하드디스크처럼 원반을 사용하는 저장장치로, 휴대할 수 있는 소형 원반에 데이터를 저장한다. CD는 한 장에 640MB를 저장할 수 있는 초기 버전 이후 4.7GB를 저장할 수 있는 DVD, 25GB를 저장할 수 있는 블루레이디스크로 발전했다. 블루레이디스크는 50GB를 저장할 수 있다.

 

하드디스크와 CD의 비교

하드디스크는 성능을 나타내는 단위로 rpm을 사용하고, CD는 20배속, 40배속과 같이 '배속'이라는 단위를 사용한다. 하드디스크에서는 디스크가 작동하는 동안 플래터가 일정한 속도로 돌아가지만, CD에서는 헤드 위치에 따라 디스크의 회전 속도가 변하기 때문에 표현하는 용어가 다르다.

 

하드디스크의 각속도 일정 방식

각속도 일정 방식의 회전: 하드디스크의 플래터는 항상 일정한 속도로 회전하여 바깥쪽 트랙의 속도가 안쪽 트랙의 속도보다 훨씬 빠르다. 그러므로 가장 바깥쪽에 있는 섹터가 가장 안쪽에 있는 섹터보다 더 크다. 일정한 시간 동안 이동한 각도가 같다는 의미에서 각속도 constant linear velocity 일정 방식이라고 한다.

 

선속도 일정 방식의 회전: CD에서 사용하는 선속도 일정 constant linear velocity방식의 경우 어느 트랙에서나 단위 시간당 디스크의 이동 거리가 같다. 이를 구현하려면 헤드가 안쪽 트랙에 있을 때는 디스크의 회전 속도를 빠르게하고, 바깥쪽 트랙에 이동했을 때는 디스크의 회전 속도를 느리게 해야 한다. 

 

각속도 일정 방식의 섹터: 각속도 일정 방식의 하드디스크는 트랙마다 속도가 다르기 때문에 섹터의 크기도 다르다. 

선속도 일정 방식의 섹터: 선속도 일정 방식의 CD는 모든 트랙의 움직이는 속도가 같고 섹터의 크기도 같다.

 

디스크 장치의 데이터 전송 시간

1. 하드디스크의 특정 섹터에 저장된 데이터를 읽거나 쓰려면 그 섹터가 있는 트랙까지 헤드가 이동해야 한다. 이처럼 헤드가 현재 위치에서 특정 트랙까지 이동하는 데 걸리는 시간을 탐색 시간 seek time이라고 한다.

2. 특정 트랙까지 이동한 헤드는 플래터가 회전하여 원하는 섹터를 만날 때까지 기다린다. 이처럼 원하는 섹터를 만날 때까지 회전하는 데 걸리는 시간을 회전 지연 시간rotational latency time이라고 한다.

3. 헤드는 원하는 섹터에 있는 데이터를 읽어 전송하는데, 이때 걸리는 시간을 전송 시간 transmission time 이라고 한다.

 

디스크의 데이터 전송 시간: 데이터 전송시간 = 탐색시간 + 회전 지연 시간 + 전송시간

디스크의 데이터 전송 시간 중 가장 많은 비중을 차지하는 것은 탐색시간이다.

 

퀴즈

1. 하드디스크의 가장 작은 저장 단위를 무엇이라 하는가? 

2. 플래터에서 회전축을 중심으로 데이터가 기록되는 동일한 동심원상에 있는 섹터의 집합을 말하는 것을 무엇이라 하는가?

3. 여러 개의 플래터에 있는 같은 트랙의 집합을 무엇이라 하는가?

4. 하드다스크의 느린 속도를 대체하기 위해 개발된 보조저장장치를 무엇이라 하는가?

5. 초기의 SSD는 하드디스크와 같은 SATA규격의 인터페이스를 사용했지만 현재는 무엇을 사용하는가?

6. 하드디스크의 플래터는 항상 일정한 속도로 회전하여 바깥쪽 트랙의 속도가 안쪽 트랙의 속도보다 훨씬 빠르다. 이걸 무슨 회전이라 하는가?

7. CD에서 사용하는어떠한 방식의 경우 어느 트랙에서나 단위 시간당 디스크의 이동 거리가 같다. 이를 구현하려면 헤드가 안쪽 트랙에 있을 때는 디스크의 회전 속도를 빠르게하고, 바깥쪽 트랙에 이동했을 때는 디스크의 회전 속도를 느리게 해야 한다. 어떤 방식인가?

8. 헤드가 현재 위치에서 특정 트랙까지 이동하는 데 걸리는 시간을 무엇이라 하는가?

9. 이처럼 원하는 섹터를 만날 때까지 회전하는 데 걸리는 시간을 무슨 시간이라고 하는가?

10. 헤드는 원하는 섹터에 있는 데이터를 읽어 전송하는데, 이때 걸리는 시간을 무슨 시간이라 하는가?

11. 디스크의 데이터 전송 시간을 구하는 공식은?

12. 초기의 SSD는 하드디스크와 같은 SATA규격의 인터페이스를 사용했지만 현재는 어떤 방식의 독자적인 인터페이스를 사용한다. 어떤 방식인가?

13. 어떤 방식의 하드디스크는 트랙마다 속도가 다르기 때문에 섹터의 크기도 다르다. 어떤 방식인가?

14. CD는 하드디스크처럼 원반을 사용하는 저장장치로, 휴대할 수 있는 소형 원반에 데이터를 저장한다. CD는 한 장에 640MB를 저장할 수 있는 초기 버전 이후 4.7GB를 저장할 수 있는 DVD, 25GB를 저장할 수 있는 어떤 디스크로 발전했다. 이 디스크는 50GB를 저장할 수 있다. 어떤 디스크 인가?