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SATA하드의 하드디스크의 구조설명

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작성자 게시판관리자 작성일17-08-04 07:30 조회9,582회 댓글0건

본문

HDD의 과거와 현재는 그 용량이 10 MB에서 100 GB 이상으로 1,000 배 이상 늘었고 제작 및 전송 기술의 발전으로 그 성능이 크게 향상되었으나 흥미롭게도 구조적으로는 크게 변한 것이 없다.

 

하드디스크의 내부는 외부와 차단된 진공의 내부공간에 데이터가 저장 되는 레코드형태의 플래터(Platter)와 플래터위를 쉴새 없이 움직이는 바늘모양의 헤드, 헤드와 연결되어 있는 센터럴 "암(central arm)"로 구성되어 있다. 하드디스크는 이 상태에서는 데이터를 기록할 수 없는데, 초기화(Formatting)를 통하여 정보를 저장할 수 있는 무형의 구조를 형성해 주어야 한다

 

명칭

내용

플래터 (platter)

비자성체인 비금속(알루미늄) 원판(disk) 표면에 자성체인 산화금속 막을 양면에 도장(coating)한 것이다. 이 산화금속 막을 논리적으로 나누고(partitioning) 위치를 지정(formatting)하면 정보를 저장할 수 있게 된다.

 

Hard Disk Drive

'Hard Disk Drive'란 용어는 이 드라이브가 플로피(floppy, 나풀거리는) 디스크와 달리 금속판의 딱딱한(hard) disk를 사용하기 때문에 붙여진 이름이다. 플래터의 지름은 일반 PC용이 보통 3.5"(실제 지름은 3.75")이며 이보다 더 큰 것(5.25")과 작은 것(2")도 있다. 3.5" HDD의 경우, 플래터 표면의 실제로 정보를 저장하는 공간은 바깥쪽부터 1"( 25 mm)까지이며 그 안쪽은 플래터를 스핀들에 고정하기 위하여 사용한다. 각 플래터의 중심부에는 여러 개의 구멍내어 스핀들과 연결한다.

스핀들(Spindle)  

플래터가 회전할 수 있도록 모터와 직접 연결된 축이다. 스핀들은 4 개의 볼트와 1.25" 크기의 고정용 비 금속판을 사용하여, 플래터를 축에 단단히 고정한다. 스핀들에 여러 장의 플래터를 설치할 때는 플래터 사이에 지름 1.25" 두께 1/8"의 스페이서(spacer)를 넣어 함께 고정한다. 플래터를 일정한 속도로 회전시키는 장치인 모터가 있다. HDD용 모터는 스핀들에 직접 연결되어 있기 때문에 '스핀들 모터'라고도 부른다.

헤드(Head)

플래터 표면에 코팅된 자성체를 자화/소거하여 정보를 저장/삭제(write /delete)하거나 저장된 정보를 읽는(read) 장치이다. 일반적으로 헤드의 수는 플래터 수의 두 배이다. 한 장의 플래터는 두 개의 면이 있으므로 각 면에 하나씩 2 개의 헤드가 필요한 것이다. 따라서 3 장의 플래터로 구성한 HDD에는 모두 6 개의 헤드가 있다.

헤드구동 장치

(Actuator)  

액츄 에이터는 헤드를 움직이는 장치이다. HDD 회로 기판으로부터 제어 신호를 받으면 actuator용 구동장치는 헤드가 부착된 암(arm)을 지정한 위치까지 이동시킨다. 헤드를 움직이는 구동장치는 linear motor(리니어 모터, 선형 모터)를 사용하는데, 이 모터는 수평으로 선 운동을 한다. 헤드가 부착된 암과 그 반대편의 코일이 감긴 모터 부분은 서로 연결되어 있으며 그 중앙에는 축이 있어 각기 반대 방향으로 움직인다. 선형 모터가 왼쪽으로 움직이면 헤드는 오른쪽으로 이동한다.

카트리지
(
Cartridge)

카트리지는 플래터, 스핀들 모터, 헤드, 액츄 에이터를 밀봉하는 알루미늄 주물(diecast) 케이스를 말한다. 카트리지는 내부의 정밀 부품(특히 헤드와 플래터)에 먼지나 기타 이물질이 들어가지 않도록 완전히 밀폐하며 위 판과 아래 판 사이에 고무줄을 넣어 진동을 방지한다. 카트리지 재질로 알루미늄을 사용하는 이유는 가공하기 쉽고 모터에서 발생한 열을 빠르게 전도하기 때문이다.

회로기판(PCB)

HDD 하부에는 회로기판(PCB)이 달려있다. PCB에는 전원용 커넥터, 신호용 커넥터, 점퍼용 핀(IDE single/master/slave 선택 또는 SCSI ID 선택에 사용), BIOS, control chip, buffer memory, LED 등 많은 부품들이 부착되어 있다. 회로기판은 방열, 수리따위의 목적으로 노출한 형태가 많아서 동작 중에 실수로 금속 물체를 떨어뜨리거나 물을 쏟으면 고장 나기 쉽다.

트랙,섹터

(Track, Sector)

플로피 디스크와 하드디스크 기록 단위의 하나로서 자기 매체에 늘어선 동심원으로 구획된 하나하나를 트랙이라 부르고 그 트랙들은 다시 섹터로 나뉩니다.

실린더

(Cyinder)

다수개의 플래터의 트랙을 수직적으로 관통하는 3차원적인 스택을 말합니다.
하드용량=(헤드수) * (실린더수) * (섹터수) * (섹터당 기록용량) 보통 섹터당 512KB 동심원을 동일한 각도록 나누어 데이터를 기록할 경우 내부 섹터와 외부 섹터의 실제 기록 밀도는 상당한 차이가 있다. 즉, 안 쪽 실린더에는 길이에 비해 기록 밀도가 매우 높다. 따라서 기록 밀도가 높은 곳은 그만큼 데이터 안정석에 문제가 있을수 있음. 이런 이유 때문에 모든 섹터가 같은 길이를 갖도록 데이터를 기록하는 방식을 사용하는 것이 일반적인 추세임. 이를 위해 하드디스크의 헤드 위치에 관한 정보를 읽을 수 있는 별도의 헤드를 하나 더 사용하게 됨.

 

클러스터

(Cluster)

섹터의 그룹이며 도스에 의해 인식되는 최소 기억단위입니다. 보통 클러스터는 2의 누승개의 섹터를 갖고 있다. 작게는 16부터 많게는 64 혹은 128개 이상의 섹터를 하나의 클러스터로 사용합니다.

그렇다면 왜 섹터를 클러스터로 묶는가? 디스크에 512바이트의 섹터 단위로 기록해도 아무런 문제가 없다. 사실 섹터 단위로 기록하면 데이터를 촘촘히 기록할 수 있기 대문에 기록 밀도는 훨씬 높아진다. 그러나 1024실린더, 16헤드. 63섹터의 특성을 갖는 하드디스크를 생각해보자 섹터 단위로 기록을 한다면 자그마치 1,032,192개의 어드레스가 필요하다. 하드디스크에 기록되는 파일은 대부분 512바이트 보다 작지않다. 따라서 512바이트 단위를 초과할 때 마다 연결된 데이터가 위치한 포인터가 필요하게 된다. 이게 무슨 뜻인가 바로 하나의 파일을 읽기 위해 수십 혹은 수 천개의 포인터를 계산하여 읽어들여야 한다는 것이다. 정리하자면 16섹터/cluster 인 하드디스크에서는 데이터를 8KB로 기록을하고 그 이하인 파일도 8KB를 차지한다.


 

 

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