하드디스크 재료공학과 최 현 주 (2004.03.16).

Presentation on theme: "하드디스크 재료공학과 최 현 주 (2004.03.16)."— Presentation transcript:

1 하드디스크 재료공학과 최 현 주 ( )

2 하드디스크의 초기 모델 하드디스크는 크게 컴퓨터와 어떻게 연결하는가에 따라 EIDE방식과 SCSI방식으로 나뉨.
초기 모델 : ST-506 ST-506은 시게이트에서 처음 상용화한 하드디스크의 인터페이스이자 제품 이름이며, 하드디스크와 인터페이스 카드가 같이 판매되었다. 하지만 느린 ST-506을 개선한 ST-412가 등장했지만 속도에서 경쟁력이 있는 MFM과 RLL에게 밀리게 된다. ST-506과 ST-412보다 입출력 속도를 개선한 것이 바로 MFM과 RLL 방식이다. 하지만 이것도 얼마 가지 못하고 IDE에 그 자리를 내주게 된다. 한때 맥스터에서 개발한 ESD 등장하기도 했지만 IDE에 밀려 많이 사용되지는 않았다

3 하드디스크의 역사 PC를 포함한 모든 컴퓨터는 입력장치, 중앙처리장치(CPU), 저장장치, 출력장치로 구성된다. 그 가운데 저장장치는 대표적으로 RAM과 ROM을 주로 사용하는 반도체 저장장치, 자기를 이용한 저장장치, 레이저를 이용한 광학 저장장치가 있다. 저장장치 가운데 가장 용량이 자기를 이용한 저장장치는 가장 저렴한 가격에 비교적 빠른 속도를 내기 때문에 컴퓨터에서 없어서는 안될 정도다. 이런 자기를 이용한 저장장치로 들 수 있는 대표적인 것이 하드디스크다. 기본적인 원리는 비슷하지만 속도와 용량에서 플로피디스크는 이미 한계에 와 있기 때문에 거의 사용되지 않고 있다. 초기 하드디스크에서 사용된 ST-506에서 최신 시리얼 ATA까지 하드디스크의 인터페이스가 꾸준히 변화되어오고 있다.

4 하드디스크의 구조 플래터 플래터는 금속 원판에 자성이 있는 자성체를 얇게 코팅한 것이다. 최근에는 회전 속도를 높이기 위해 금속 원판 대신 좀더 가벼운 유리판을 사용하기도 한다. 플래터의 크기에 따라 하드디스크의 크기가 결정된다. 플래터의 용량은 한 장, 즉 양면 모두를 의미한다. 플래터의 크기가 20GB라면 한쪽 면에 10GB의 용량을 저장할 수 있다는 것이다. 플래터 한 장에 기록할 수 있는 용량의 한계 때문에 고용량의 하드디스크는 여러 장의 플래터를 사용한다. 헤드 하드디스크에서 플래터와 같이 가장 중요한 역할을 담당한다. 플래터에 데이터를 읽고, 기록하고 지우는 역할을 담당한다. 헤드는 플래터의 데이터를 읽을 때 시간이 짧고 데이터를 기록하거나 지울 때 속도가 떨어진다. 하드디스크가 데이터를 읽는 시간은 접근시간(액세스 타임)과 탐색시간(시크타임) 접한 영향을 미친다. 모터 하드디스크에 사용되는 모터는 크게 두 종류가 있다. 스핀들 모터는 플래터를 회전시켜주는 역할을 담당한다. 일정한 속도로 규칙적으로 회전하면 된다. 스핀들 모터에 따라 하드디스크가 5400RPM, 7200RPM, 10000RPM으로 결정된다. 스핀들 모터도 중요하지만 스테핑 모터 도 아주 중요한 역할을 담당한다. 헤드가 달린 캐리지 암을 이동시켜 주는 역할로 플래터의 데이터를 읽거나 기록하기 위해서는 헤드가 원하는 데이터가 저장된 곳이나 저장할 곳에 정확히 이동시켜주어야 한다. 스테핑 모터의 성능과 정확도는 하드디스크의 성능을 좌우하는데 큰 역할을 담당한다. 제어회로 하드디스크의 내부 부품을 컨트롤하는 기능을 담당하며 외부 하드디스크 인터페이스와 연결해주는 역할을 담당한다. 제어회로에 따라 ATA33, ATA66, ATA100 등 하드디스크의 인터페이스 속도가 정해진다. 제어회로는 보통 뒷면에 있는 것처럼 보이지만 내부에도 제어회로가 외부 제어회로와 연결되어 있다. 외부에 노출된 제어회로는 전기적 충격에 약하기 때문에 요즘 나오는 하드디스크 가운데 몇몇 제품은 보호쉴드로 보호 되어있다.

5 입출력 인터페이스의 역사 하드디스크의 효시 ST-506과 MFM, RLL
XT와 AT가 인기를 끌던 시절에는 플로피디스크만으로 구동되는 PC를 많이 볼 수 있었다. 고급형이라 불리던 PC에는 하드디스크란 것이 달려있어 플로피디스크가 없이 빠르게 구동되었다. 5MB에서 20MB의 하드디스크로 플로피디스크 수십 장에 해당하는 용량을 하나의 드라이브로 사용할 수 있었다. 이때 처음 등장한 인터페이스가 ST-506이었다. 표준으로 장착한 최초의 하드디스크 인터페이스 IDE ATA(AT Attachment)는 SSF(Small Form Factor) 위원회에서 표준규격으로 정한 하드디스크 인터페이스다. IDE(Integrated Drive Electronics)는 하나의 규격이 아니라 하드디스크 컨트롤러를 하드디스크에 내장한 방식 자체를 의미한다. 이 둘은 다른 의미를 가지고 있지만 ATA 규격을 그대로 IDE가 따랐기 때문에 ATA와 IDE는 같은 의미로 사용되었다. IDE에는 8비트 XT를 위한 XT IDE, 16비트 AT를 위한 ATA IDE, MCA 버스를 지원하는 MCA IDE가 있다. 대부분 16비트 AT에 하드디스크를 장착했기 때문에 AT-BUS를 지원하는 ATA IDE만 주로 사용되었다. 이런 이유 때문에 IDE 방식은 AT-BUS 하드디스크 또는 ATA 하드디스크로 불리게 된다. IDE 방식은 초기에는 4.3MB/sec의 전송률을 보였다. 보다 성능을 개선해서 8.3MB/sec의 전송률을 가지게 된다. 용량도 개선해 최대 504MB를 지원하며, 2개까지 달수 있다. 당시 IDE는 이전의 방식에 비해 획기적으로 개선된 전송률과 용량을 가지고 있었던 것이다. IDE를 획기적으로 개선한 EIDE PC에서 사용되는 데이터의 크기가 커지면서 504MB의 하드디스크로는 감당 할 수 없게 되자 용량과 속도를 개선한 EIDE가 등장했다. 기가급 하드디스크를 최대 4개 장착할 수 있으며, 속도도 13.3MB/sec로 개선되었다. PIO 모드 4를 지원하면서 속도도 16.6MB/sec로 보다 빨라졌다. EIDE는 원래 IDE 방식에서 주도권을 가지고 있던 웨스턴디지털에서 제안한 ATAPI라는 표준 규격에 의해 만들어졌다. 하드디스크 이외에 CD-ROM 드라이브를 제조하던 업체도 이 방식을 지원하게 되어 하드디스크와 CD-ROM 드라이브는 같은 인터페이스를 사용하게 된다. 원래 ATAPI는 하드디스크를 위한 인터페이스가 아니라 CD-ROM 드라이브를 위한 인터페이스로 고안되었지만 EIDE에서 ATAPI 규격을 받아들임으로써 같은 케이블에 같은 방식을 사용하게 되었다.

6 하드디스크의 성능을 좌우하는 요인? 1. 회전수가 높아야 한다. 2. 탐색시간과 접근시간이 짧아야 한다.
3. 단위 면적당 자기 밀도가 높아야 한다. 4. 버퍼 메모리가 많아야 한다. 5. 외부 인터페이스가 빨라야 한다.

7 하드디스크의 신기술 – GMR 헤드 유도박막헤드는 하드디스크의 자기 밀도가 높아질수록 데이터를 읽고 쓰는데 불안정하기 때문에 새로운 헤드의 필요성이 절실하게 되었다. 그래서 탄생된 것이 IBM이 개발한 MR헤드(Magneto Resistive Head)다. GMR 헤드는 새로운 재료를 사용해 MR 헤드에 비해 크기도 작으며, 더 많은 데이터 보다 빠르게 읽고 쓸 수 있다. GMR 헤드는 MR 헤드와 비슷한 원리로 동작하지만, 평방인치당 10Gb의 데이터를 읽고 쓸 수 있다. 최근 사용되는 대부분의 하드디스크는 GMR헤드를 사용하고 있다.

8 고속 인터페이스 개발 - 시리얼 ATA 일반적으로 시리얼(직렬) 방식이 패러렐(병렬) 방식보다 느리다고 알려져 있다. PC에서 아직 사용되는 시리얼 포트와 패러렐 포트만 보더라도 바로 알 수 있다. 시리얼 포트는 최대 128Kbp, 패러렐 포트는 최대 900Kbps로 데이터를 전송할 수 있다. 하지만 최근 고속 인터페이스는 패러렐 방식보다는 시리얼 방식을 선호한다. 대표적으로 레거시(Legacy) 인터페이스를 100% 대체할 수 있는 USB와 초고속의 인터페이스로 SCSI의 시장까지 넘보고 있는 IEEE 1394 모두 다 시리얼 방식이다. 시리얼 ATA의 가장 큰 특징은 기존의 ATA 방식과 호환성이다. ATA를 시리얼ATA로 변환해주는 컨버터를 장착하면 ATA 방식의 주변기기를 그대로 사용할 수 있다. 앞으로 시리얼 ATA가 상용화된다면 보다 빠른 전송능력으로 PC의 성능을 한 단계 더 높여줄 것이라는 기대를 받고 있다.