원펀치로 올릴라했는데 아무래도.. 그럼 더 늦어질 것 같고 계획적으로 해야 될 것 같아서 이렇게 3부작으로 해봤습니다.

 

이번 글은 이전에 올렸던 내용을 교정해서 다듬은 상태 + 5p 내용 추가한 것입니다. 그래서 생각보단 짧게 느껴질 수 있어요.

사실 회로이론이나 물리학에 관련된 것이 조금씩 나오는데, 읽기는 수월하시겠지만 번역의 미스로 틀린 부분이 있을 수도 있어요.

 

어차피 중복된 내용이 되니 이전에 올린 [intro]와 [본문 1부]는 삭제합니다.

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Intro

 

HDD란 PC의 "데이터 센터" 이다. 이것은 프로그램과 데이터의 모든 것이 여기에 담겨있는 것으로서 당신이 컴퓨터를 사용하는 도중에 저장된다. 디스크(혹은 디스크들)는 PC용 영구 기억장치의 다양한 타입중 가장 대표적인 것이다(다른 기억장치 타입으로서 FDD, CD-ROM과 같은 미디어 스토리지, 테이프, 이동식 디스크 등이 있다). 하드디스크의 구별법은 세가지가 있는데, 크기(보통 큰 편), 속도(대게 빠른 수준) 그리고 성능이다(일반적으로 PC나 비이동식 장치에서 그렇다).

 

HDD는 근 20년 사이 용량, 속도, 가격적인 면에서 쓰임새와 발전 수준이 기술적으로 마이크로프로세서만큼 놀랍다. 첫번째 PC 하드디스크는 10MB 용량에 $100/MB였다. 현대의 하드디스크는 100GB를 넘었으며 가격또한 $1/100MB가 되었다(2003~2004년 내외 기준입니다). 이 양상은 20년만에 1,000,000% 발전된 것으로서 연간 대략 67%씩 누적상승한 값이다. 동시에, HDD의 속도와 인터페이스 또한 역동적으로 좋아졌다.

 

 

하드디스크는 컴퓨터 시스템에서 아래와 같은 중요한 부분을 담당하고 있다 :

 

●성능 : 하드디스크는 전체적인 시스템 성능에서 십중팔구 대부분의 사람들이 체감하기에 중요한 위치에 놓여있다(하드디스크를 교체하는 것은 가치 있는 일이다). PC 부팅과 프로그램 로드 속도는 하드디스크 속도와 관련있다. 또한 멀티테스킹을 사용하거나 그래픽 작업, 사운드 에디팅, 비디오 혹 데이터베이스 작업을 할 때처럼 많은 양의 데이터를 처리하는데 결정적이다.

 

●용량 : 알기 쉬운 부분으로서 더 큰 용량은 더 많은 프로그램과 데이터를 저장할 수 있다.

 

●소프트웨어 지원 : 최근에 나온 소프트웨어 일수록 효과적으로 메모리에 올리기 위해 더 큰 용량과 더 빠른 하드디스크를 필요로한다. 1GB가 큰 디스크 용량으로 기억되던 시절을 생각해 보자. 음, 더 오래전에는 100MB가 매우 큰 용량이던 시절도 있었다! 지금은 가까스로 현대의(용량이 확 늘어나버린) 운영체제 파일들 및 표준적인 비지니스 소프트웨어 패키지정도나 담을 수 있는 수준이라 1GB 짜리 하드디스크는 '쓰레기'로 취급된다.

 

●신뢰성 : 하드웨어 제품의 중요도를 평가하는 방법중 하나로서, 신뢰성이 부족하기 때문에 올 수 있는 큰 슬픔을 생각해 보자. 하드디스크는 장기적으로 가장 중요한 부품이다. 종종 말하길, 하드웨어는 대체가 가능하지만 데이터는 그렇지 못하다고 했었다. 좋은 하드디스크, 잦은 유지보수와 백업의 생활화라는 조합이 갖추어 진다면 데이터 손실이란 악몽으로부터 벗어날 수 있을 것이다.

역자주 : 제 나름대로 받아들이기엔 "안정성" 정도로 보고 있지만 아닐 수도 있고 확실한 해답이 없어 Reliability를 직역으로 신뢰성이라고 일단 했습니다.

 

이 챕터는 하드디스크를 매우 자세하게 들여다보고 어떻게 동작하는지 알아볼 것이다. 이것은 드라이브의 내부 부품을 분해하고, 데이터가 어떻게 포맷되고 저장되는지 볼 수 있으며, 성능 결과에 대한 검토, PC에서 하드디스크를 연결하는데 사용되는 두 가지 주요 인터페이스에대한 완전 분석을 포함하고 있다. 검토에선 하드디스크와 바이오스 버전, 그리고 현재 시장에서 팔리는 최신의 대용량 하드디스크에 대한 지원 등, 자주 햇갈리는 부분을 집어넣었다. 더불어, 이 완전 분석에서는 현재 PC에서 가장 많이 사용되는 FAT과 NTFS 파일 시스템의 논리적인 하드디스크 구조와 기능을 볼 수 있다.

 

[1]간단히 보는 하드디스크의 역사

하드디스크는 PC에서 가장 중요한 것 중 하나이고 가장 흥미로운 부품 중 하나이다. 길고도 재밌는 역사를 1950년대 부터 돌아보자. 어쩌면 내가 매우 재밌는 것을 찾았는데 엔지니어가 최근 몇 십년간 모든 점에서 일궈낸 발전은 신뢰성, 용량, 속도, 전력소모, 그리고 여러 가지라는 것이다.

 

 

(1)하드 디스크가 없던 시절

현대 컴퓨터 사용자들은 "컴퓨터 라이프" 에서 하드디스크가 없는 모습을 상상하기 어렵다. 결국, 대부분의 사람들에게 현재 몇 조 바이트의 정보가 우리들이 쉽게 접할 수 있도록 준비되어있다. 우리가 하드디스크를 사용하기 이전 컴퓨터들은 대체 뭘 썼을까? 

 

초기의 컴퓨터들 중 일부는 저장장치란 개념조차 없었다. 당신이 프로그램을 실행하고 싶을 때마다 일일이 수동으로 들어갔어야 했다. 굳이 말할 것도 없이 이것이 가장 힘든 일 중 하나였다. 이러한 행보는 같은 데이터를 계속해서 쓰기 어렵게 만들어 컴퓨터 작업을 어렵게 만들기에, 우리가 하는 오늘날의 컴퓨터 작업은 불가능하게 여길 수 있다. 이러한 사항은 컴퓨터를 전부 활용하려면 영구 저장장치가 필요다는 것을 민감하게 느낄 수 있을 것이다.

 

컴퓨터에서 사용했던 첫번째 저장장치 수단은 사실 종이였다. 프로그램과 데이터는 종이테이프를 뚫어 구멍을 만들거나 카드를 찍어(Punch) 기록하였었다. 특별한 리더기로 광망(beam of light)을 사용하여 카드나 종이를 읽었는데, 어느쪽은 구멍을 읽어 "1" 로, 어느쪽 종이는 센서를 막아 "0" 으로 읽었다(혹은 반대로). 이것은 매우 간단한 배열이다. 나도 구멍을 뚫었던 걸 기억하는데, 캐릭터(문자타입 혹은 특수성) 특성과 기계가 카드에 구멍을 내는 걸로 보아 워크스테이션 같아 보였다. 아무것도 없던 것을 넘어선 대단한 진보였고, 이 카드는 매우 혁신적으로 사용되었었다. 근본적으로, 종이를 긁어 완전한 프로그램을 쓸 수 있는데, 유저가 실수를 저지르면 많은 카드를 처음 부터 다시 찍어내야 하기 때문에 이를 기록하기 이전에 당신이 작업하고자 하는 것을 미리 얻어놔야 하므로, 이것들과 같이 작업하는데 있어 시각화하기 매우 어렵다고 할 수 있다. 리더기는 카드를 끼워넣는 방식이다(※내 고등학교에서 쓰던 오래된 녀석 중 하나가 "IBM 1443 카드츄♡" 라는 별명을 가지고 있었다). 그리고 높이 쌓인 카드 더미가 무너질 때 도움을 줄 수 있기도 하다. 뭐, 어쨌든 이 종이는 첫번째 주요 저장장치로서 꽤 오랫동안 사용되었다.

※ : 원문은 단순히 nicknamed the "IBM 1443 card chewer" 라는 문장인데 밋밋해서 생각난대로 해봤습니다.

 

역자 주 : 단순한 직역이었기도 하고 저도 사용한 적이 없어 무슨 소린지 모르겠는데, 위 문장은 컴퓨터 역사에서 꼭 거론되던 '천공카드'를 이야기 하는 것 입니다. http://blog.naver.com/huschke1/10024599435 이 블로그에 가시면 천공카드와 리더기 사진을 볼 수 있습니다.

 

종이 다음으로 자기테이프의 발명이 저장장치의 큰 진보를 일궈낸 사례다. 모든 이들은 마침내 커다란 테이프 릴을 사용하는 오래된 컴퓨터 사진을 볼 수 있게 되었다. 정보 기록 방법은 테이프에 오디오를 기록하는 것과 유사한데, 이 자기테이프가 훨씬 다루기 쉬우며, 더 빠르고 튼튼하다. 물론, 테이프는 오늘날 현대 컴퓨터에서도 여전히 사용되고 있지만, 오프라인이나 부가(제 2의, secondary) 기억장치에서나 이런 형태가 남아있다. 하드디스크 이전 컴퓨터를 위한 저장장치라고 할 수 있다. 가장 불편한 요소는 자기테이프가 일직선(혹 한 방향)으로만 읽을 수 있다는 것이다. 한쪽부터 다른 한쪽의 테이프 마지막 부분까지 움직이는 순간 기록할 수 있으며, 랜덤 엑세스는 사용할 수 없게 만들어졌다.

 

(오프라인 기억장치 : 중앙 제어 장치의 제어를 받지 않는 기억장치. 오프라인 기억 장치에 기억된 정보는 수행 중인 프로그램에서 직접 이용할 수 없으므로 반드시 온라인 형태로 변환시켜야 한다)

 

커다란 메인프레임과 이것으로 인하여 일찌감치부터 있던 저장장치 기술에 공헌한 이들에게 수익이 발생하면서 개인용 일반 컴퓨터는 생각보다 늦게 개발되었다. 내 첫번째 컴퓨터는 1980년 부모님께서 애플 제품을 사주셨고, 배우고 사용하는데 있어 저장장치의 중요성을 몸소 깨닫게 해주는 매우 작은 기계였다. 이녀석은 절대, 네버, HDD가 없으며, FDD 역시 없다. 나의 선택은 손으로 프로그램을 짜거나(때때로 그랬던 것 같다) 카세트테입에서 불러와야만 했다. 그렇다, 레알 오디오 카세트 테이프다. 현대의 컴퓨터에 테이프 드라이브를 쓰는 것이 의심스럽다면, 이 망할 것으로 한 번 작업해보면 알 수 있을 것이다(음, 그리고 나는 3피트 눈이 쌓인 상황에서 맨발로 학교에 간 적도 있다.. 오르막을 왕복으로!).

 

나는 저밀도, 단면 FDD를 내 애플을 위해 달아주었다. 이봐, 이젠 그 망할 nonStorage에서 해방되었다구! 나는 프로그램과 데이터의 로드&세이브를 쉽게 할 수 있게 되었는데, 그 전에는 상상할 수도 없는 일이다. FDD 가격은 캐나다 달러로 $700(당시 캐나다 달라의 가치는 US달러에 뒤지지 않았다). 테이프를 뛰어 넘는 FDD의 가장 큰 이득은 데이터의 랜덤 엑세스 능력과 이식성이다(Portability). 근데 어차피 둘다 용량이 후달리잖아. 안될거야, 아마.

 

첫번째 IBM PC는 역시 HDD가 없었고 오히려 1, 2개의 FDD가 쓰였다. 아무것도 없는 것 보단 훨씬 낫지만, FDD는 매우 느리고, 용량도 작고, 초기 HDD에 비교해 믿을만하지도 못했다.

 

(2)초기 디스크 드라이브

 

가장 최초의 디스크 드라이브는 물론 실험 장치였다. IBM 연구원들은 특별히 그것을 다른 기술, 다른 컨셉으로 개발에 매진하여 상업적으로 써먹을 수 있는 그럴싸한 디스크 드라이브를 만들어냈다. 사실, 가장 최초의 드라이브는 "디스크 드라이브" 가 아니고 회전하는 원통 드럼을 사용했으며 데이터의 자기패턴을 저장하였다. 그 드럼은 매우 크고 다루기 어려웠다.

 

최초의 "진짜" HDD는 HDD의 헤드가 디스크 표면과 접촉되어 있었다. 이것은 저감도 전자를 사용했으며, 당시 디스크 표면의 자기장을 좀 더 쉽게 읽어들일 수 있도록 하였다. 불행하게도 제조법이 쉽지 않은 것이, 접촉해 있는동안 미끄러지듯 부드러운 헤드를 넘어버리는, 고속으로 움직일 디스크 표면이 필요한데 그것을 용인해줄만한 매끄러운 디스크 표면을 얻는 것은 불가능했다. 시간이 흘러 헤드가 닳아버리거나 디스크 표면위에 자기코팅이 벗겨질 것이기 때문이다.

 

현대 HDD의 개발을 위한 핵심 기술의 발전은 1950년에 이루어졌다. IBM 엔지니어는 헤드를 적절히 디자인하여 디스크 표면 위쪽에 제동을 걸고 하부를 통과할 때 비트를 읽을 수 있게 하였다. 이 결정적인 발견으로 디스크 표면과의 접촉이 필요 없어졌으며 현대 HDD의 근본이 되었다.

처음 발매된 HDD는 1956년 9월 13일 소개된 IBM 305 RAMAC(Random Access Method of Accounting and Control)이다. 굉장히 많은 50개 디스크에 5백만 문자(Character ; 대략 5MB였지만 그 당시는 오직 7비트 이내 "문자" 이지 8비트가 아니었다)를 기록할 수 있었으며, 각각 직경 24인치 크기였다. 이것의 면적밀도는 평방인치당 2,000 비트였고 오늘날 드라이브와 비교하자면, 요즘건 평방인치당 20억 비트다. 이 첫번째 드라이브의 데이터 이동속도는 초당 8,800 바이트였다.

 

성공적인 해를 넘어, 기술 발전으로 면적밀도, 용량, 성능 등 모두 향상되었다. 1962년 IBM은 1301 Advanced Disk File 모델을 소개했었다. 이 디스크 드라이브의 핵심적인 향상점은 "에어 베어링", 디스크 표면 위로 부유시킨 헤드를 개발해었다. 디스크 표면과 헤드의 거리를 800에서 250으로 줄였던 것이다.

 

1973년, IBM은 3340 디스크 드라이브 모델을 선보이는데, 이것은 일반적으로 하드디스크의 아버지정도로 생각할 수 있다. 이 제품은 두개의 분리된 스핀들, 반 영구적이고, 이동식, 각각 30MB 용량이다. 이렇게 만들어 놓다 보니 때때로 "30-30" 이라 불려진다. 이 이름은 "윈체스터" 란 디스크 드라이브로도 불려지는데, "30-30 윈체스터" 라이플 때문이다. 첫번째로 봉인된(케이스에 가려져 보이지 않는단 말인가 봅니다) 내부환경과 엄청나게 향상된 "에어 베어링" 기술, 윈체스터 디스크 드라이브는 디스크의 높이를 줄여놨다(디스크 표면으로부터 17마이크로 인치에 불과했다). 현대의 HDD는 오늘날에도 첫번째로 소개된 초기 드라이브의 컨셉을 많이 사용한다. 그렇다 보니 이러한 이유로 (HDD를) "윈체스터" 드라이브로 부르는 경우도 있다.

 

첫번째 하드디스크 드라이브는 5.25인치 폼팩터를 사용하던 시게이트 ST-506이며, 4개의 헤드와 5MB 용량으로 이루어져있다. IBM은 IBM PC/XT에 넣을 HDD로 ST-506를 우회하여 ST-412를 선택했는데, 같은 폼팩터에 10MB 용량이었기 때문이었며, 이 첫번째 HDD는 PC와 PC호환 제품들에 광범위하게 사용되었다.

 

(3)핵심기술의 첫번째

 

하드디스크 세계에서 많은 의미를 가진 "최초들(기술, 제품)" 이 있어왔고 그 첫번째 이후 40년 정도의 세월이 흘렀다. 아래 연표 리스트는 PC영역에서 반세기동안 개발되온 HDD 제품들 중 몇 몇 핵심 혹은 중요한 기술을 기록했다. 리스트에는 IBM의 우월함을 기록하였는데 이 저자의 의견을 보면 Big Blue는 저장장치 분야에서 선구자가 되기 위한 가치는 거의 신뢰할 만한 수준이 못 될 것 같다고 했었다. 노트는 또한 얼마나 많은 시간동안 PC세계에 만들어진 그들의 수 많은 기술이 기록되어있다(10년치 만큼의 모든 새 기술들의 초기 비용은 높을 때도 있다).

 

●첫번째 하드 디스크(1956) : IBM의 RAMAC이 소개되었었다. 이것은 5MB의 용량, 50개 24인치 Disk로 구성되어있다. 면적밀도는 평방인치당 2,000 인치고 데이터 이동속도는 8,800 bits/s 이다.

 

●첫번째 에어 베어링 헤드(1962) : IBM의 1301 모델은 헤드의 플라잉 하이트를 250 마이크로인치로 줄였다. 이것은 오리지널 RAMAC에 대비하여 절반의 헤드로 28MB 용량을 가지게 되었고, 면적밀도와 이동속도 둘다 1000% 증가.

 

●첫번째 이동식 디스크 드라이브(1965) : IBM 2310 모델은 첫번째 이동식 디스크 팩이다. 많은 PC 유저들이 이동식 하드디스크가 최근에서야 발명된 거라 생각하지만, 그들은 이미 1960년대와 70년대에 일을 저질렀다.

 

●첫번째 페라이트 헤드(1966) : IBM의 2314 모델은 첫번째로 페라이트 코어 헤드를 사용한 하드 디스크이며, 첫번째 타입은 PC HDD에서 늦게 투입되었다.

 

●첫번째 현대식 HDD 디자인(1973) : IBM의 3340 모델, 닉네임 "윈체스터". 60MB 용량에 현대식 디스크 드라이브의 선조라 할 수 있는 핵심 기술들이 많이 탑재되있어 선구자라 할 수 있다.

 

●첫번째 박막 헤드(1979) : IBM의 3370 모델은 첫번째 박막 헤드를 사용하였는데 PC산업계에서 오랜세월 표준이 되었다.

 

●첫번째 8인치 폼팩터 디스크(1979) : IBM 3310 모델은 첫번째 8인치 플래터로서 10년 넘게 표준으로 자리잡았던 14인치 폼팩터에서 매우 작아졌다.

 

●첫번째 5.25인치 폼팩터 디스크(1980) : 시게이트 ST-506dms 최초 5.25인치 폼팩터로 초창기 PC에서 사용되었다.

 

●첫번째 3.5인치 폼팩터 디스크 드라이브(1983) : 영국 로다임社는 RO352를 소개하였는데 첫번째로 3.5인치 폼팩터를 제작되었으며 가장 중요한 산업 표준중 하나로 자립게 되었다.

 

●첫번째 확장(Expansion) 카드 디스크 드라이브(1985) : 퀀텀은 하드카드를 소개하게 되는데 10.5MB 용량에 PC의 ISA 확장 카드에 설치한다. 이것은 처음부터 하드디스크 없이 설치가 되며, 이 제품을 말하자면 퀀텀을 "중요한(On the map)" 위치에 이르게 한다.

 

●첫번째 보이스 코일 액츄에이터(VCA) 3.5인치 드라이브(1986) : 코너 페리퍼럴스社는 CP340을 공개하는데 이것은 첫번째 보이스 코일 액츄에이터를 사용한 드라이브이다.

 

●첫번째 "로우-프로파일" 3.5인치 디스크 드라이브(1988) : 코너 페리퍼럴스社는 CP3022, 첫번째 3.5인치 드라이브에서 높이를 1인치로 감소시켜 일명 "로우 프로파일" 이라 불리는 디스크 드라이브를 공개했으며 현대 3.5인치 드라이브의 표준이라 할 수 있다.

 

●첫번째 자기저항 헤드 와 PRML 데이터 디코딩(1990) : IBM 681(레드윙) 모델은 857MB 드라이브로, 첫번째 MR 헤드와 PRML을 사용하였다.

 

●첫번째 박막(Thin film) 디스크(1991) : IBM의 "Pacifica" 메인프레임 드라이버는 첫번째로 플래터 표면에 옥사이드 미디어를 대신하여 박막 미디어를 채용하였다.

 

●첫번째 1.8인치 폼팩터 디스크 드라이브(1991) : 인테그랄 페리퍼럴스社의 1820은 첫번째 1.8인치 플래터 하드 디스크로 후에 PC-카드 디스크 드라이버로 이용되었다.

 

●첫번째 1.3인치 폼팩터 디스크 드라이버(1992) : 휴렛 팩커드의 C3013A는 첫번째 1.3인치 드라이브다.

 

(4)하드 디스크의 트렌드

 

하드디스크에서 가장 놀라운 점은 다른 여타 부품들 보다 바뀐점 보다 바뀌지 않은 점이 더 많다는 것이다. 기초 디자인에 따르면 오늘날 하드디스크는 1980년대 초 IBM PC/XT에 10MB짜리 썩은 하드를 설치하는 것과 크게 다르지 않다. 그러나 용량, 저장소, 신뢰도, 그외 특성을 보자면, 하드 드라이브는 아마도 다른 여느 PC 부품보다 발전했다고 볼 수 있다.

 

●면적밀도 : 하드디스크 플래터의 면적밀도는 몇 년전의 낙관론 중 일부대로 놀라운 수준이 아닌 지나칠 정도로 계속 증가하고 있다. lab안의 밀도는 35 Gbits/in2를 초과하였고 현대의 디스크는 싱글 3.5인치 플래터에서 20GB 이상 패킹되어있다.

 

 

 

●용량 : 하드디스크 용량은 '증가' 뿐만 아니라 증가되는 '가속비' 도 늘어나고 있다. 1981년 10MB에서, 2000년 10GB, 지금은 100GB 이상이
소비자 시장에서 팔리고 있다.

 

●회전 속도 : 회전속도는 점점 더 빠르게 움직이고 있다. 회전 속도의 향상은 랜덤 액세스와 시퀸셜 엑세스 성능 향상을 도모하며 이것은 계속해서 이루어지고 있다. 한 때 하이엔드 SCSI 드라이브 영역이었던 7200RPM은 이제 메인스트림 IDE/ATA 드라이브가 되었다. 2000년 초 시게이트는 15,000RPM SCSI 드라이브를 공개했다.

 

●폼 팩터 : 폼 팩터의 추세는 점점 작아지고 있다. 5.25인치 드라이브는 이제 찾아보기 힘들고 3.5인치 드라이브가 대세이다. 모바일 시장에선 2.5인치 드라이브가 더 작은 사이즈를 원하는 것과 함께 표준화 되었다. IBM은 1999년 마이크로드라이브를 공개했는데 이 170MB와 340MB 장치는 두께가 0.25인치 이하밖에 되지 않는다. 얼마 지나면 데스크톱과 서버시장은 점차 2.5인치 폼팩터로 옮겨갈 것이다. '점점 작아지는 트렌트' 의 이유로 보다 작은 플래터의 강도가 단단해지고 있고, 큰 하드에서만 가능하던 속도가 작은 하드에서도 가능하게 되었으며 제조의 안정화로 신뢰도가 향상되었다.

 

●성능 : 배치와 이동에 대한 성능요소가 향상되고 있다. 데이터를 디스크에서 끌어오는 속도가 배치 성능의 향상보다 폭풍간지급으로 늘어나고 있다. 몇 년 후 시크타임과 레이턴시 어드레싱이 하드디스크 엔지니어에게 가장 각광받는 때가 올 것을 암시할 수 있다.

 

●신뢰성 : 하드디스크의 신뢰성은 제작자가 그들 프로세서와 기능 강화로 인한 새로운 신뢰도 추가로 재정비하기 때문에 성능 향상은 다소 느리다. 이 특성은 다른 요소들처럼 빠르게 바뀌지 않는다. 한가지 이유로 그 기술이 끊임없이 바뀌는데 있어 성능 한계가 계속해서 밀어닥치고 있기 때문이다(이것이 급속도로 바뀔 때 제품의 신뢰성 향상은 보다 어려워진다).

 

●RAID : 오직 하이엔드 서버의 영역이었던 때, 다중 디스크 배열은 성능과 신뢰성 향상에 이바지 하였다. 이것은 현재 일반 데스크톱에서도 볼 수 있게 되었는데, 내가 보기에 몇 년이 자니고 나면 RAID는 성능 향상에 갈증을 느끼는 이들에게 대유행이 될 것이다.

 

●인터페이스 : IEEE1394나 USB등 새로운 인터페이스가 주류 PC 시장에 투입됨에 불구하고 여전히 1990년대처럼 IDE/ATA와 SCSI가 쓰이고 있다. 인터페이스는 그 자체는 새로운게 만들어지고 더 높아진 최대 전송률로 표준이 향상됨으로서, 하드 디스크 그 자체 성능 증가화 직접 관련되고 있다.

 

[2]구조와 HDD의 운용

 

to 여러분들에게, "HDD는 '블랙박스' 와 같은 부류에요." 이것을 그저 "그럭저럭" 데이터를 저장하는 작은 장치로 생각할 수도 있다. 이렇게 접근한다고 해서 문제될건 없다. 물론, 당신이 이 데이터 저장에 대한 걱정하는 것 처럼 길게 느껴 질 수 있다. 당신이 HDD를 단순히 "자료 보관"이 아닌 그 이상으로 사용한다면, HDD에 대해 더욱 잘 알길 바랄 것이다. 다만 지식없이 드라이브 내부 작업에서 성능, 신뢰성, 인터페이싱 등, 영향을 미치는 요소가 무엇일지 이해하는 것은 매우 어렵다. 다행히, 대부분의 HDD 내부는 근본적으로 대부분 같다. 기술이 진화하는 동안 많은 기초(근본적인 것)들이 1980년대 첫번째 PC의 HDD 이후로부터 그리 바뀌지 않았기 때문이다.

 

 

사진은 현세대 SCSI 하드디스크이고 주요 부품들을 알려주고 있다.

로직보드는 이 각도에서 유닛 아래에있고 그리 잘 보이지 않는다.

 

이 파트에서 우리는 HDD의 내부로 들어가 어떻게 생겨먹은지 알아낼 것이다. 여러 핵심 부품들을 볼 것이고, HDD는 어떻게 구성되어있는 의견을 나누고, 여러 중요 기술들과 그것들이 어떻게 연계하여 하드디스크로부터 데이터를 읽고 쓰는지 탐구할 것이다. 내 목표는 기초를 뛰어넘는 것이고, 이것을 만든 HDD 엔지니어로부터 디자인 결정과 상충관계, 새로운 기술이 어떻게 용량을 증가시키고 성능을 향상시켰는지 그 방법을 당신이 진정으로 이해하길 돕는 것이다.

 

(1)HDD 운용적 개념

 

데이터를 요청 받을 때 디스크와 관련지어 여러 부품들간에 상호작용은 어떻게 이루어지는가를 삽화와 글로 설명하고자 한다. 이것은 부품들간의 서술을 위한 전후상황 설명으로 이 후 섹션을 따라 읽어내려가면 될 것이다.

 

하드디스크는를 사용하는데 있어 둥글고 평평한 디스크를 플래터라고 하며, 자기패턴 모습 속에 정보를 저장하기 위해 디자인된 특별한 미디어 재질 부분이 위 아래 양쪽에 덮여져있다. 플래터는 가운데 틈을 자르고 스핀들 위의 다른 부품에 쌓아올려 장착된다. 플래터는 고속으로 회전하며, 특수 회전 모터와 연결된 스핀들로 움직인다. 특수 자기 읽기/쓰기 디바이스는 헤드라고 부르는데 슬라이더 위에 장착되고 디스크 위에 정보를 기록하거나 이것으로부터 정보를 읽어온다. 슬라이더는 Arms위에 장착되는데, 어느 쪽이든 모두 다 기계로 싱글 어셈블리 위에 연결되고 액츄에이터라 부르는 장치로부터 디스크 표면 전면에 위치한다. 로직 보드는 다른 부품들의 활동을 제어하고 PC의 나머지 부분과 통신한다.

 

디스크에서 각 플래터 별 표면은 개개의 작은 데이터 100억개를 수용한다. 이것들은 편의를 위해 커다란 "큰 덩어리" 를 조직하게 되고 쉽고 빠른 정보 접근을 할 수 있게 해준다. 각 플래터당 2개의 헤드로서, 플래터 가장 위에 있는 하나와 바닥에 있는 나머지 하나로 구성되며 3플래터 하드디스크는 6개 표면과 6개 헤드를 갖게된다. 개별 플래터는 트랙이라 불리는 서클 가운데에 정보를 기록한다. 각각의 트랙은 더 작은 것으로 분리하여 섹터로 나뉘며, 이는 512Byte 정보를 담게 있다.

 

PC에서 HDD가 차지하는 역할은 매우 중요한 위치에 있기에 완성된 HDD를 보면 매우 작고 정밀도가 뛰어난 부품들로 제조 된다. 디스크의 주요 부분인 플래터에 오염균이 닿지 않고 읽기/쓰기 헤드에 충격을 주지 않는 등 안전을 위해 외부 공기와 단절된다.

 

 

 

이 예시는 단시간에 필요한 정보를 읽어들이는데 있어 각각 부분별로 디스크에서 무엇이 일어나는지 보여주고 있다. 디스크 캐싱, 에러 수정, 여타 특수 기술 등, 오늘 날 사용하는 시스템은 성능과 신뢰성이 증가했기 때문에 전부 표현하긴 어려워 매우 단순화시켜 예시로 만들었다. 예를들어, 섹터가 대부분의 PC로 각각 읽혀지지 못한다면? 계속적으로 클러스터 덩어리와 함께(혹 ~속에서, 에서 나뉘어져) 그룹화 될 것이다. 대표적으로 스프레드시트 프로그램 파일을 불러들일 때가 그런데, 개개의 디스크가 천 혹은 백만 회 접근하게 될 것이고, 20MB 파일을 512Byte씩 한번에 읽어 들이는건 오히려 비효율적이라 할 수 있다.

 

1. 디스크를 접근하는 첫 단계는 필요한 정보를 보기위해 디스크로부터 계산해낸다(찾아낸다). 그 사이에, 어플리케이션, 운영체제, 시스템 바이오스, 대략 디스크를 위한 특수 드라이버이버 등, 읽어낸 디스크 부분을 결정하는 작업을 한다.

 

2. 디스크에서 받아낸 하나 혹 더 많은 곳에서 변환한 마지막 요청값까지의 단계를 변환하는 것은 지오메트리에 의하여 급속도로 어드레스한 드라이브를 만들어 낼 수 있다. 드라이브의 지오메트리는 일반적으로 실린더, 헤드, 섹터에 의하여 빠르게 움직이는데, 이것은 시스템이 원하는 드라이브를 읽는다(실린더는 어드레싱 목적을 위한 트랙을 조정한다). 요청값은 디스크 드라이브 인터페이스 너머로 주어진 어드레스와 읽어드린 섹터가 요청한 것을 보낸다.

 

3. 하드디스크의 제어 프로그램은 정보 요청값이 HDD속에, 이미 내부 버퍼(or 캐쉬)에 미리 준비해놓았다면 이를 볼 수 있도록 첫번째로 체크한다. 이러한 경우는 디스크의 표면 자체를 볼 필요없이 다시 컨트롤러가 정보를 즉각적으로 공급한다.

 

4. 대부분의 경우에서 디스크 드라이브는 이미 회전하고 있다. 만약 그렇지 않다면(전력관리기능이 전력 감소를 위해 디스크에게 "회전수를 낮추어라" 라고 지시한 경우), 드라이브의 컨트롤러 보드는 스핀들 모터를 활성화하여 "속도를 높여라" 고 명령하여 속도를 운영할 수 있다.

 

5. 컨트롤러 보드는 읽어들이기 위해 받은 어드레스를 해석하고, 특유의 드라이브 성질을 고려하여 얼마든지 필요할 추가 해석 단계를 이행한다. 하드디스크의 논리 프로그램은 마지막으로 실린더가 요청한 숫자를 본다. 실린더 숫자는 디스크 표면위에 보이는 트랙 디스크를 말해준다. 보드는 트랙에 쓰이는 읽기/쓰기 헤드로 이동하는 엑츄에이어터에 명령한다.

 

6. 헤드가 올바른 위치에 있을 때, 컨트롤러는 올바른 읽기 위치에 명시된 헤드를 활성화 시킨다. 헤드가 읽기 시작하면 트랙은 섹터 찾기를 요청한다. 이것은 자체 내에서 올바른 섹터 숫자가 회전하는 디스크를 기다린 다음 섹터의 컨텐츠를 읽어들인다.

 

7. 컨트롤러 보드는 임시 저장 영역(버퍼) 내 하드 디스크로부터 온 정보의 이동을 조정한다. 이것은 하드 디스크 인터페이스 너머로 정보를 보내는데, 보통 시스템 메모리로부터 시스템의 데이터 요청값을 충족시키는데 쓰인다.

 

(2)하드디스크 플래터와 미디어

 

모든 하드디스크는 하나 혹은 여러개의 평평한 디스크를 포함하며 이것은 실제로 드라이브 안에 데이터를 넣는데 사용되어 이것을 플래터라 부른다(가끔 "Disks" 혹은 "Discs"라고 부르기도 한다). 두개의 주 재질이 조합된 것인데, 플래터의 크기와 이것이 주는 구조와 단단함, 그리고 실제 데이터를 나타내는 자기충격을 담고 있는 자기 미디어 코팅 형태로 이루어진 기판 재질이다. 하드디스크는 플래터의 강도 때문에 이름을 얻었는데, 사용하는데 있어 FDD나 다른 미디어들은 다루기 쉬운 "플래터(실제로, 재질이 유순할 때 대게 그것들은 플래터라고 불리지 않는다)" 인데 반해 단단하기 때문이다.

 

플래터는 "어디에서 작동 하는가" 에 란 문제를 보면, 이것은 데이터 그 자체가 어디에 기록이 되는가와 같은 것이다. 이러한 이유로, 플래터의 품질과 특징, 미디어 코팅은 치밀해야 한다. 각 플래터의 표면은 정밀한 기계이자 결함을 제거하였다 보고, 디스크 표면 그 자체에 플래터 위의 올려진 먼지나 오물이 있을 가능성이 적은 클린룸에서 하드디스크 내부에 조립된다.

 

①플래터 사이즈

하드디스크의 플래터 사이즈는 주로 전체 물리적 치수로 결정되며 일반적으로 드라이브 폼팩터라 불린다. 대부분의 드라이브는 여러 표준 하드디스크 폼팩터 중 하나를 결정해서 제조된다. 디스크는 때때로 사이즈 설명서에 따라 언급되는데- 예를들어, 어떤이가 가지고 있던 "3.5인치 하드디스크" 에 대해 이야기할 수 있다. 이 용어는 일반적으로 디스크 폼팩터와 관련있으며, 일반적으로 폼팩터가 플래터 사이즈에 기반하여 이름지어진다. 디스크의 플래터 사이즈는 보통 모든 드라이브의 해당 폼팩터와 같은데, 항상 그런건 아니고, 특별히 최신 드라이브들을 보면 그것보다 작은 것을 볼 수도 있다. 여느 일반 하드디스크 안에 모든 플래터는 같은 지름을 가지고 있다.

 

첫번째 PC는 명목상 5.25인치 사이즈인 하디드스크를 사용하였다. 오늘날, 일반 PC 시장에서 가장 대중화된 디스크 플래터 사이즈는 3.5인치이다. 실제로, 5.25인치 플래터는 직경 5.12인치이고 3.5인치 드라이브는 3.74인치다. 그러나 관례상 그리고 "대략적인" 이름으로 쓰다보니 일반적으로 그렇게 되었다. 또한 이 숫자들이 FDD와 일치한다는 사실에 주의해야 하는데, 그들은 케이스의 같은 드라이브 베이에 설치하기 때문이다. 랩탑 드라이브는 보통 더 작은데, 랩탑 제조에서 "더 가볍고 작게해달라" 는 요청은 끊이지 않기 때문이다. 랩탑에 사용되는 플래터는 2.5인치 혹은 더 작다. 2.5인치는 표준 폼팩터이고 1.8인치와 1.0인치 플래터는 모바일기기에 장착되었다.

 

아래는 5.25인치 하드디스크 플래터,

위에는 3.5인치 플래터이다.

그런데 플래터 가운데 스핀들 홀은 두 사이즈 모두 같다.

이건 우연의  일치려나?

 

이전부터, 드라이브는 물리적으로 가능한 한 드라이브 패키지의 너비를 넓힌 플래터를 확장하여 드라이브 팩 내의 저장용량을 최대치로 올렸다. 그러나, '하드디스크의 역사적 트렌드 파트' 의 의견에서는 트렌드는 전체적으로 플래터가 작아지고 있다. 이 직관에 반대되는 일이 일어나는 것은 결국, 데이터 저장공간이 더 필요하기 때문이다. 그렇다면 가능한한 큰 플래터를 만드는 제조업자에게 더 좋은 비용효과를 줄 수 있지 않나? 그것은 플래터가 작아지는 몇 몇 이유로, 첫번째는 성능을 들 수 있다. 디스크의 면적밀도가 빠르게 증가하는 것, 그러니까 더 작아지는 플래터로 인해 용량의 손해는 별 화제거리로 보이지 않는다ㅡ드라이브 용량이 매년 2배씩 증가하는 데 일부 사람들은 걱정하더라ㅡ성능향상이 계속적으로 이루어지면 모두의 위시리스트에 근접해진다. 사실, 일부 하드디스크 제조업자들은 "시장 가치 구획" 은 5.25인치 드라이브를 1999년 그만둘 때까지 계속 존재했었다(가장 첫번째 하드디스크는 직경 24인치로, 대략 40년씩이나 볼 수 있었다).

 

여기에 데스크탑 유닛의 플래터가 어째서 점점 더 작아지는가, 에 대한 이유를 나열했다: 

 

●강도의 향상 : 플래터의 강도는 얼마나 단단한지와 관련되어있다. 단단한 플래터는 충격과 진동을 방지하는 효과가 있고, 고속의 스핀들과 높은 성능으로 올리기 위해 더욱 적합하다. 두가지 조건이 맞아 하드디스크의 플래터 직경이 줄어들고 강도는 대략 4배가 되었다.

 

●제조 안정(용이) : 플래터의 평탄함과 균일한 부분은 품질을 결정짓는데 중요한 부분이다. 이 완전무결함은 완전히 평평하고 견고하다는 것을 말한다. 플래터의 불완전함은 저품질 제품을 만들어내고 헤드의 접촉에 있어 플래터 표면의 평탄하지 못한 부분 때문에 데이터 손실의 우려가 있다. 더 작아진 플래터는 커다란 것 보다 만들기 쉬워졌다.

 

●총체적 감소 : 하드디스크 스핀들은 성능상의 이유로 속도가 증가하였다. 더 작아진 플래터는 회전이 더 쉽고 기존에 모터의 최대 출력을 더 감소 시킬 수 있다. 또한 멈춘 상태에서 속도 스핀업이 더욱 빨라졌다.

 

●전력 관리 : 특히 휴대용 컴퓨터의 사용에서 소비전력에 대한 관심이 나날이 늘어나는데, 데스크탑 역시 마찬가지다. 더 작어진 드라이브는 일반적으로 커다란 제품보다 전력을 낮게 사용한다.

 

●소음과 발열 감소 : 직접적인 영향들은 이미 위에 다 언급하였다.

 

●탐색(Seek) 성능 향상 : 플래터 사이즈의 감소로 헤드 엑츄에이터가 랜덤엑세스를 목적으로 좌우로 움직이는 거리가 줄어들었다. 이 과정으로 탐색시간과 랜덤 읽기/쓰기가 더욱 빨라졌다. 물론, 이것은 용량의 희생이 따른다. 이론상 그저 각 플래터의 실린더 내부를 채움으로서 큰 디스크에서는 성능 향상은 똑같이 달성했다고 보지만, 일부 소비자들은 하드디스크의 파티션을 사용하여 오직 디스크의 작은 부분만으로 사용하길 요구하는데, 이것의 정확한 이유는 탐색시간이 줄어들기 때문이다. 더 작은 플래터를 사용하는 것은 이 "베어내는 것" 같은 것들보다 더욱 능률적이고 간결해지고 낭비를 줄일 수 있게 된다.

 

몇 제조사가 플래터를 3.74~3인치 10,000RPM 디스크 드라이브로 "손질" 할 때, 현세대 데스크탑과 서버 드라이브의 플래터가 더 작아지려는 추세는 좀 더 진지하게 생각해보고 시작해야 한다(호환성을 위해 외관은 표준형 3.5인치 폼팩터 드라이브처럼 유지). 시게이트의 치타 X15 15,000RPM 드라이브는 좀 더 좋은 성능, 사이즈는 2.5인치로 내려버렸는데, 용량과 성능을 맞바꾼(이것은 "고작" 18GB이며, 현세대 3.5인치 플래터 드라이브 용량의 절반 크기다) 드라이브다. 2.5인치 플래터임에도 불구하고, 아직 외부 장착은 3.5인치 폼팩터를 유지하고 있으며(표준 케이스와 호환성을 유지하기 위해), 이 요상한 "사이즈" 의 물건은 3.5인치 드라이브이지만 3.5인치 플래터를 사용하지 않는다.

 

오늘 날 시장에서 그나마 쉽게 구할 수 있는 가장 작은 하드디스크 플래터 사이즈는 1인치다! IBM의 놀라운 마이크로드라이브는 싱글 플래터와 디지털 카메라에 맞춰 디자인되었고, 개인 다이어리, 그리고 다른 미니기기에 장착되어진다. 이 얇은 사이즈의 플래터는 배터리를 닳게 하여 사용한다. 회전이 줄어들다 다시 돌아오는데 걸리는 시간이 감소했고, 일반 하드디스크를 박살낼만한 충격에도 견딜 수 있다. 단점? "340MB" 라는 것.

     놀라운 내부 사이즈를 보여주는 IBM의 마이크로 드라이브.

 

여기의 요약 테이블이 보여주는건 PC에서 사용되는 가장 일반적인 플래터 사이즈로서, 위로부터 큰 순서대로(대부분의 경우 그들이 도입한 데이터에 따라 연대순이지만, 항상 그렇지만은 않다) 그리고 각 기술에 따라 사용되는 가장 일반적인 폼팩터를 보여주고 있다.

 

 

②플래터 개수
하드디스크는 하나 이상 플래터를 가질 수 있으며 이는 디자인에 의해 결정된다. 지금 당신 PC에 설치된 제품은 대게 일반적인 판매용 하드디스크 일 것인데, 보통은 1~5개의 플래터가 들어있다. 가끔씩 서버에서 쓰는 하이엔드 드라이브는 플래터가 한 다스마냥 많고 오래된 드라이브 중 일부는 이 보다 더 많은 경우도 있다. 모든 드라이브, 모든 플래터는 공통된 중앙 스핀들에 일제히 물리적으로 연결되어있으며, 한 개(한 쪽) 유닛으로 돌아가는 싱글 어셈블리 폼은 스핀들 모터로 작동한다. 플래터는 스핀들 전면에 스페이서 링을 사용하여 따로 떨어져있다. 완전한 어셈블리는 처음부터 캡이나 커버 혹 몇 개의 나사를 사용하기 때문에 안전하다(스핀들 모터 페이지를 보면 이러한 부품들을 사진설명되어있다).

 

각 플래터의 두 표면은 데이터를 담는 역할이다. 각 표면은 읽기/쓰기 헤드를 가지고 있다. 일반적으로 각 플래터의 표면 양쪽 다 사용하지만, 항상 그런 것 만은 아니다. 일부 오래된 드라이브는 전용 서보 포지셔닝(Servo positioning)을 사용하여 한 쪽 표면은 서보 정보를 담기위해 비축해둔다. 최신 드라이브는 서보 정보로 인해 표면을 써먹을 필요성이 없지만 때때로 마케팅의 이유를 들어 사용하지 않는 표면을 남겨둔다. 드라이브 패밀리 내에서 각 용량별 드라이브를 만들어낸다. 현세대 드라이브 꾸러미는 싱글 플래터에 거대한 데이터 용량을 담아낼 수 있는데, 플래터의 한쪽 표면만으로 "입자(세분화)" 를 증가시키도록 하였다. 예를들어 IBM의 데스크스타 40GV 패밀리는 플래터당 20GB 데이터를 담을 수 있도록 향상되었다. IBM이 이 드라이브의 30GB 버전을 만들고 싶어할 때, 그들은 3개 표면을 사용하였다(2 플래터). 아래는 웬디의 각각 다른 용량의 캐비어 라인에서 3개 플래터까지 어떻게 사용하는지 비교해주는 좋은 예시표이다.

 

 

참고: 이론적으로, 1개 표면만 사용하는 것은 플래터 제작에 관한 제조비용이 절약되지만 1개 표면만 사용시 받아들이기 힘든 결점이 있다는데, 나는 실행해봤으나 사용시 그 결점이 무엇인지 알 수 없었다.

 

디스크에서 사용되는 플래터의 숫자관계에 대해 몇 가지 요점을 기술적 관점으로 보자. 많은 플래터를 사용하는 드라이브는 스핀들 유닛의 밀집이 증가하게 되어 기술적으로 위험하기에, 모든 드라이브를 완벽하게 정렬할 필요가 있고, 더 위험한 사항은 소음과 진동 통제가 유지되어야 한다는 것이다. 더 많은 플래터들은 또한 거대한 집단을 이룬다는 뜻이고, 그것으로 인해 드라이브를 시작하고 멈출 때 반응이 느려진다. 이것은 스핀들 모터를 더 강하게 돌려 해결할 수 있지만 그에 해당하는 문제점을 불러들일 수도 있다. 사실, 현재 추세는 적은 헤드 암과 플래터가 있는 드라이브지 많아지는 것이 아니다. 면적밀도는 계속해서 증가하고, 많은 플래터를 사용할 필요 없는 큰 용량의 드라이브를 만들어내고 있다. 이것은 제작자가 시장을 위해 지나치게 작은 드라이브를 만들 필요 없는 수순에서 플래터를 줄여 탐색시간을 향상시는 것이 가능하다.

 

 

하드디스크의 폼팩터는 드라이브의 플래터 숫자에 가장 큰 영향을 받는다. 하드디스크 엔지니어가 특정 모델에서 많은 플래터를 가진 하드를 원한다면, 표준 PC의 "슬림라인" 하드디스크 폼팩터는 높이에서 1인치로 제한되는데(더 내려갈 수 없다), 유닛 하나만 가지게 하는 플래터 숫자로 제한한다. 좀 더 큰 1.6인치 "반쪽 높이(half height)" 드라이브는 종종 서버나 많은 플래터를 가진 데스크탑 PC 드라이브에서 찾을 수 있다. 물론, 엔지니어들은 끊임없이 배제량을 줄이는 작업에서 플래터를 요청받는데, 그렇기 때문에 그들은 높이가 있는 드라이브에서 플래터의 숫자를 늘리려 하고 있다.

 

역자주 : 플래터를 줄이는 것을 요청받는게 아닌, 반대로 하드디스크 용량을 늘리기 쉽도록 "배제하는 사항" 에서 플래터를 빼달라는 말 같습니다.

 

③플래터 기판 물질
자기 패턴은 당신의 데이터가 하드디스크의 플래터 표면에 있는 매우 얇은 미디어 레이어에 기록되는 것을 의미한다. 플래터 물질의 대부분은 기판(substrate ; or 기질)이고 미디어 레이어를 지원하는 일을 할 뿐이다. 적절하게도, 기판 물질은 단단하고, 다루기 쉬워야하고, 가볍고, 안전하고, 비활성 자기여야 하며, 비싸지도 않고 쉽게 입수할 수 있어야한다. 가장 통속적으로 플래터를 만드는데 사용되는 물질은 이전부터 알루미늄 합금이 표준화 되었다.

 

플래터와 함께 읽기/쓰기 헤드가 그 위에 부상하며 도는 방법에 따르면, 플래터는 매우 부드럽고 평평해야 하며 낡고, 느린 스핀들 드라이브와 비교해 더 안정된 거리로 날아야하며, 플래터 표면이 균일하다는 사실은 별로 놀라운 일도 아니다. 지금, 기술이 발전하면서 헤드와 플래터간 갭은 감소하고 있고, 플래터 회전은 증가하고 있으며, 더 좋은 플래터 물질을 만들어내고 있다. 하드디스크가 빠르게 구동될 때, 플래터 표면이 고르지 못하면서 헤드가 표면에 닿으면(가까워지면), 보다 적절한 헤드 충돌을 유도하게 되는 격이다. 이러한 연유로 많은 드라이브 제작자들은 몇 년 전 알루미늄과 유리, 혼합유리, 그리고 자기합금 사이에서 고민하기 시작했다.

 

하드 디스크 플래터는 매우 부드럽습니다? 전자현미경으로 스캔할 수 없었어요.

왼쪽 이미지는 알루미늄 합금 플래터, 오른쪽은 유리 플래터 입니다.

이 이미지는 미크론 스케일로 찍은 화면입니다.

 

 

이것은 지금 더욱 더 유리와 유리와 유리를 혼합해서 만드는 경향이 보이는데, 이는 플래터 기판의 다음 표준이 될 것이다. IBM은 몇년 간 유리 플래터 드라이브를 선적했었고 2000년에는 IDE/ATA 일반 드라이브 시장에 진출했었다. 알루미늄 플래터와 비교하자면 유리 플래터는 이러한 이점이 있다.

 

●더 좋은 품질 : 첫번째이자 가장 중요한 이유로 유리로 만든 플래터는 알루미늄에 비해 훨씬 부드럽고 평평해지며, 하드디스크의 안정성 향상과 낮은 높이로 부유할 수 있는데다가 스핀들 속도를 더욱 높일 수 있다.

 

●강도 향상 : 다른 중요점을 말하자면 유리는 같은 무게일 때 알루미늄보다 더 단단하다. 강도의 향상, 왜 플래터 사이즈는 더욱 줄어드는가 라는 이유 중 하나로서 드라이브가 고속으로 회전할 때 노이즈와 진동을 잡아내는 것이 중요포인트가 된다.

 

●더 얇은 플래터 : 유리 강도의 향상이 알루미늄 플래터보다 더 얇아지도록 할 수 있게 하는 원인인데, 같은 전체 드라이브 크기일 때 내부에 플래터를 더 많이 집어넣을 수 있다. 더 얇아진 플래터는 무게도 가벼워지고, 스핀들 모터의 사용률도 줄어들며, 드라이브가 쉬다가 시작할 때 걸리는 시간이 줄어든다.

 

●온도 안정 : 발열이 생길 때, 유리는 알루미늄보다 열팽창이 적다. 대다수 하드디스크는 현재 35,000 트랙/inch 이상을 담고 있는데, 확장되는 양이 적은 것은 "돌아다니는" 트랙일 수 있기 때문일 수 있다. 이 물질을 사용하는 것은 오히려 나은 선택이다. 이것이 하드 드라이브를 정비하는 횟수를 감소시키는 것, 성능을 향상시키는 것이기 때문에 드라이브의 서보 메카니즘은 확장과 수축을 되돌려 받지만 가능한 적게 움직이는 물질을 사용하는 것은 더 나은 선택이다.

 

한가지 유리가 알루미늄과 비교하여 분명한 단점은 부서진다는 것, 특히 매우 작게 만들 때 그렇다. 이러한 이유는 몇 회사들이 글래스와 세라믹을 혼합하여 실험해봤다. 그들 중 하나는 Dow Corning, MemCor라고 불리는 곳인데, 이들은 유리를 세라믹과 섞어 만들어 금갈만한 일을 줄였다. 때때로 이 혼합은 그냥 "유리" 라고만 불렸는데, 알루미늄 합금때도 이와 같이보통 다른 금속도 포함하고 있는데도 그저 "알루미늄" 이라고 불렸기 때문이다 .

 

역자 주 : 알루미늄은 찌그러지든 뚫리든 형태가 일그러질 수 있는데, 여기서 쓰이는 유리는 말 그대로 일그러지고 자시고 깨져서 박살난다는 뜻입니다.

 

④자기 미디어
플래터의 기판 물질은 실제로 미디어 아래에 기록하는 형태로 만들어졌다. 미디어 레이어는 매우 얇은 자기 물질로 코팅되어 있으며 이곳에 실제 데이터가 저장된다. 이것은 일반적으로 단지 몇 백만분의 1인치 두께이다.

 

오래된 하드디스크는 옥사이드 미디어를 사용한다. "옥사이드" 의 진짜 의미는 산화철(iron oxide)" 이다. 물론, 기술력이 높은 하이테크 회사가 아닌 곳에서 그들은 "고성능 옥사이드 미디어 레이어" 대신에 제품에 더 싼 녹(rust ; or 녹빛 도료)을 사용하고 싶다고 하였다. 그렇다면 기본적으로 옥사이드 미디어는 무엇인가, 는 미량의 녹을 바른 플래터 기판 표면에 결합제를 사용한 것이다. 실제로 오래된 하드디스크는 플래터 표면에 이것을 사용하는 걸 볼 수 있을 것이다. 이것은 특이한 라이트 브라운 색인데 이런 제품의 미디어는 오디오 카세트 테입에 사용 된 것과 유사하다.

 

옥사이드 미디어는 그리 비싸지 않게 쓸 수 있지만 몇 가지 단점이 있다. 첫번째로 이것은 연한 물질이라는 것, 그리고 읽기/쓰기 헤드와의 접촉으로부터 손상입기 쉽다. 두번째는 오직 저밀도 저장장치와 관련된 곳에만 쓸모 있다는 것이다. 낮은 데이터 밀도의 오래된 하드 디스크에서 사용되는 것을 볼 수 있지만, 제조사에선 한 트럭은 더 찾을 수도 있고 같은 공간에 더 많은 데이터를 넣으려 한다면, 옥사이드는 그 작업을 감당하기 힘들다. 옥사이드 입자는 최신 디자인의 작은 자기장을 크게 만들어 놓는다.

 

오늘날의 하드디스크는 박막 미디어를 사용한다. 이 이름이 암시하는 것, 박막 미디어는 자기 물질로된 매우 얇은 레이어로 되어있으며 플래터의 표면에 사용된다(옥사이드 미디어는 분명 단어를 사용함에 있어 온당 두껍지 않긴 한데 새 미디어 재질이 더욱 얇기 때문에 유래되어 이름이 "박막" 으로 되었다). 특별한 제조기술로 플래터에서 미디어 물질을 침전시켜 사용하는 것이다. 한 방법으로 전기도금을 들자면, 이것은 플래터에서 물질을 침전시키는 과정은 보석을 전기도금하는 방법과 유사하다. 또다른 것으로 제거가공(sfuttering)법이 있으며, 증기증착 과정을 반도체 제작에서 빌려온 것으로, 표면에 자기 물질로 만든 극히 얇은 레이어를 침전시킨다. 제거가공한 플래터는 접시보다 균일하고 평탄한 이점을 갖게 된다. 제거가공은 새 디스크 드라이브를 쓰는데 있어 첫번째(or 주요한) 방법이고, 침전은 값이 비싸지만 새 드라이브에서 고품질 필요성에 기인하고 있다.

 

옥사이드 미디어와 박막 미디어를 비교하자면, 후자가 더 균일하고 매끄럽다. 또한 매우 우수한 자기성질(magnetic properties)을 띄고있으며, 같은 공간에 더 많은 데이터를 담을 수 있다. 결국, 박막은 옥사이드보다 더 단단하고 더 오래가고 충격에 더 강하다.

 

위에가 씬 필름 5.25인치 플래터, 아래가 옥사이드 5.25인치 플래터 이다.

씬필름 플래터는 실제로 반사된다. 그들이 촬영한 사진을 보면 마치 거울에 반사되는 듯하다.  이것은 항상 하드디스크 내부를 보여줄 때 비스듬히 찍는 이유이기도 하다.

 

자기 미디어에 바른 이후, 각 플래터의 표면은 일반적으로 얇게 덮어 씌여지고, 보호하기 위해 레이어에 탄소가 만들어진다. 여기서 가장 위에는 엄청 얇은 광택 레이어를 추가했다. 이것들의 재질은 우연히 헤드나 다른 이웃하는 부품들이 문제를 일으켜 접촉되는 데미지로부터 디스크를 보호하기 위해 사용된다.

 

IBM의 연구원들은 이때 황홀한 작업을 하고 있었는데, 새로운 물질에 대한 연구로서 연초 안으로 박막 미디어를 대체할 수 있을지도 모른다. 오히려 표면 위의 금속 필름을 제거공법 하는 것 보다, 화학적 해결책으로 유기 미립자와 미량의 철, 백금을 플래터에 사용하는 것을 재고해보고 있다. 그 해결책은 활짝 전개되고 박차를 가하고 있다. 이것이 된다면, 철과 플래티넘 입자를 광석 그리드 안에서 자연 그대로 배열할 것이고, 각 광석은 충전된 자기를 담을 수 있게 될 것이다. IBM은 이 구조를 "nanocrystal superlattice" 라 부르고 있다. 이 기술은 면적밀도를 향상시켜 10~100배 정도 하드디스크의 미디어 레코딩 용량을 늘릴 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 물론, 이것은 시간이 꽤 지나야되고 하드디스크의 다른 영역도 발전이 같이 이루어져야 한다(특히 읽기/쓰기 헤드 능력). 그러나 이건 여전히 놀라운 사실이고 자기 저장장치는 아직 진보(발전)를 위한 방에서 도망치기엔 아직 갈 길이 멀다.

 

⑤트랙과 섹터
플래터는 가능한 저장장치와 데이터 복구를 조직하는 확실한 구조를 체계화시켜야 한다. 각 플래터는 트랙이 침입받는 것이-그것들의 수 만큼- 동심원으로 단단히 둘러쌓였을 수도 있다. 그것은 나무의 나이테 구조와 유사하다(그러나 비닐 레코드 앨범안의 나선 홈같진 않고, 연속된 나선이지만 동심원은 아니다).

 

트랙은 디스크에서 가장 작은 저장소 유닛에 적합한 정보를 많이 담을 수 있는데, 이 각각의 트랙 하나는 섹터 안에서 더욱 작살이 난다. 섹터는 일반적으로 가장 작은 정보의 IAU(individually-addressable unit ; 개별적 주소지정 가능 유닛)을 하드디스크에 저장하고 보통 512byte 정보를 보관한다. 첫번째 PC HDD는 전형적으로 트랙당 17섹터를 담고있다. 오늘날의 HDD는 싱글 트랙에 수천 섹터를 담는게 가능하고, 디스크 바깥쪽의 더 큰 트랙 에 더 많은 섹터를 구역별 기록으로 사용할 수 있도록 만들었다.

 

5.25인치 하드디스크 플래터, 20개 동심 트랙이 표면을 끌어당기고 있다.

이것은 가장 오래된 하드디스크의 면적보다 훨씬 낮은 것 같은데,

명백히 현대 하디드스크의 트랙은 고배율 분석을 요구한다.

16개 허수섹터, 오래된 하드디스크는 트랙당 섹터 숫자가 같았지만,

새로운 하나는 트랙의 다른 영역으로 트랙당 섹터 숫자가 다르면서 존 레코딩을 사용할 수 있었다.

 

⑥면적밀도
면적밀도는 때때로 비트밀도라고도 불리는데, 하드디스크 플래터에 주어진 "실제 소유지" 만큼 저장할 수 있는 데이터의 총량이기 때문이다. 디스크 플래터 표면은 물론 2차원이고, 면적밀도는 영역의 유닛속에 저장될 수 있는 비트 수를 측정하는 것이다. 이것은 보통 평방인치당 비트로 보기도 한다(BPSI).

 

2차원 측정법, 면적밀도는 2개의 다른 1차원적 면적을 측정한 산출값으로 연산된다:

 

●트랙 밀도 : 이것은 디스크 위에서 얼마나 타이트하게 중심으로 집중되어 있는가를 측정하는 것이다. 얼마나 많은 트랙이 플래터의 반지름 인치(거리) 아래쪽(중심을 말하는 것 같습니다)으로 향할 수 있는가란 것이다. 예를들어 우리가 3.74인치 플래터를 가지고 있다 치면, 여기의 반지름은 1.87인치이다. 물론 플래터의 안쪽 일부는 어딘가에 스핀들이 있고, 플래터의 가장 바깥쪽에는 사용할 수 없다. 1.2인치 길이의 거리를 지나면 사용할 수 있는 저장소가 있다. 여기에는 22,000트랙의 저장 공간이 존재하고, 드라이브의 트랙밀도는 대략 인치당 18,333트랙이다(TPI).

 

●리니어(1차원) 혹은 기록 밀도 : 이것은 얼마나 타이트하게 비트를 트랙길이(length of track)에 꾸릴 수 있느냐를 측정하는 것이다. 주어진 트랙 거리에서 우리는 200,000bit의 정보를 기록할 수 있으며, 그 다음에 그 트랙 리니어 밀도가 트랙거리(inch per track, std ;길이=인치)당 200,000bit 이라는 것이다(BPI). 모든 플래터 표면의 트랙은 다른 거리를 가지고(동심원이기 때문에), 모든 트랙이 같은 밀도로 쓸 수 있는 것은 아니다. 제조사는 보통 각 드라이브에서 최대 리니어 밀도를 인용한다.

 

역자주 : 써놨지만 해당 문장은 length of track 인데, 딱히 뭐라 하기도 그렇고 저는 편하게 생각하려 트랙길이라 사용했습니다. 다음 문장에도 트랙거리가 나오는데 200,000bits per inch per track 이라 되어있어 뭐라고 할까하다 둘을 합쳐 트랙길이당 bit 라고 했습니다. 이 다음 아래 문단에서도 비슷한 방식들이 쓰일 것이니 혹여 유의하시기 바랍니다.

 

이 2개 값의 결과물은 드라이브의 면적밀도를 산출하는 것이며, 평방인치당 비트를 측정하는 것이다. 드라이브의 최대 리니어면적이 300,000비트/트랙거리, 이것은 최대 면적밀도로서 5,500,000,000bit/평방인치 혹은 좀 더 쉽게말하자면, 5.5Gbit/in2이다. 신제품 드라이브는 평방밀도가 10Gbit/in2이고, 1999년 IBM 연구실에선 3.53Gbit/in2에 육박하는 524,000BPI 리니어밀도였으며, 67,300TPI 트랙밀도였다! 비교하자면 첫번째 PC HDD는 면적밀도가 대략 0.004Gbit/in2였다.

 

메모: 때때로 당신은 면적밀도가 다른 방향, 플래터당 기가바이트(GB/플래터) 로 생각할 수 있다. 이 유닛은 종종 드라이브들을 비교할 때 실제로 이런 방법을 사용하기도 한다. 이것은 개념적으로 두개를 대조하는 많은 사람들의 말이지만, 예를들어 "드라이브A가 10GB/플래터 이고 드라이브B가 6GB/플래터라면, A의 면적밀도가 더 높은 것이 아니냐.". 물론, 이것은 진짜 면적밀도 수치가 찾기 어려울 때 일반적으로 계산하기 쉬울 것이다. 결과적으로 말하자면, "플래터 크기가 둘다 같은 한", 이 비교는 맞는 말이다. 조금 다르게 말해볼까? 당신은 사과와 오렌지를 비교한 것이다.

 

디스크의 리니어 밀도는 표면이 흠이 있고 없고를 떠나 일정하지 않다. 밀도에 대한 설명을 기억해 보자면, 대체로 리스트에는 오직 디스크의 "최대 밀도" 만 표기한다. 밀도를 고치는 것은 트랙안쪽에서 트랙 바깥쪽으로 이동할 때 트랙길이가 증가하기 때문인데, 바깥쪽 트랙은 내부보다 더 많은 데이터를 담을 수 있다. 이것이 의미하는 건 당신이 같은 데이터 양을 바깥쪽과 안쪽에 각각 저장했을 때, 바깥쪽의 리니어밀도는 안쪽 트랙의 리니어밀도보다 매우 낮을 것이다. 이것은 드라이브를 어떻게 쓰느냐에 따라 사실일 수 있는데, 생성된 구역별 비트 기록(zoned bit recording) 생성되기 까지, 그것들의 길이를 개척하려는 바깥쪽 트랙의 데이터가 더 많이 패키징 되어있다. 그러나 밀도는 점점 안쪽에서 바깥쪽으로 줄어들면서 안쪽 트랙은 일반적으로 바깥쪽보다 더 높은 밀도로 이루어진다.

 

팁: 이걸보면 어떻게 되는 것인지 어느정도 알 수 있을 것이다. 대표적으로 3.5인치 HDD는 4.75인치 트랙 원주(주변)의 가장 깊은 부분과 11인치 트랙 원주의 가장 바깥쪽 부분을 가지고 있다. 이 두 숫자의 비율은 각각 2.32이다. 이것이 무엇을 의미하는가라고 묻는다면 이것은 바깥트랙의 "방(Room)" 이 2.32배라는 뜻이다. 하드디스크의 바깥쪽 영역의 트랙 당 섹터의 숫자를 보면, 안쪽 영역의 트랙당 섹터 수치가 2.32배 적다는 것이고 바깥쪽 트랙이 안쪽보다 더 낮은 밀도라는 것을 알 수 있다. IBM 40GV(위에도 있겠지만 GV는 오타가 아니라 모델명이에요) 드라이브를 생각해보자(이 영역에 관해선 Zoned bit recording 페이지에서 보여주고 있다), 이것은 가장 바깥쪽 트랙이 792섹터를 가지고 있으며 가장 안쪽 트랙은 370개이다. 2.14비율로서, 이 드라이브의 길이를 고려해보자면 사실이라고 보는데, 가장 안쪽 트랙이 가장 높은 밀도를 가지고 있다는 것이다.

 

면적밀도를 높이는 두가지 방법은, 각 트랙에서 패킹된 비트를 트랙이 더 많은 데이터를 보관하기 위하여 서로를 가깝게하여 리니어 밀도를 높이는 것이다. 혹은 각 플래터가 더 많은 트랙을 보유하여 트랙밀도를 높이는 방법이다. 전형적으로 신상 드라이브들은 둘다 향상되었다. 다른 모든 것 (ex; 조건)이 같기 때문에 면적밀도의 증가가 그저 크기만 커지는 것이 아닌 더욱 빨라지게 된다는 사실이 중요하다. 그 이유로 디스크의 면적밀도에서 위의 두 사항은 하드 디스크 성능요인의 중요한 핵심이다(두가지가 속도와 데이터 전송률에서 차지하는 위치를 말함).

 

이 사진은 면적밀도가 무엇인지 알려준다.

첫째로, 상상으로 왼쪽과 오른쪽을 분리해서 보자.

그리고 세로로 반을 경계로 상대를 나누자.

왼쪽은 낮은 트랙밀도, 오른쪽은 높은 트랙밀도다.

이번엔 가로로 위와 아래로 나눠보자.

위는 낮은 리니어밀도, 아래가 높은 리니어 밀도이다.

그것들을 결합해보면 2분원은 가장 낮은 면적 밀도, 1분원과 3분원이 더 높은 밀도

4분원이 가장 높은 밀도이다.

 

역자주 : 그림판은 제가 발로해서 그러니 이해해주세요. 

 

디스크의 면적밀도를 늘리는 것은 많은 기술적 발전과 하드디스크의 여러 부품들이 교체되어야 하기 때문에 어려운 작업이다. 데이터를 더 가까이 묶어둘 때, 문제는 비트간 간섭이 생기는 결과를 낳는다. 이것은 가끔씩 디스크에 저장하는 자기신호의 강도가 감소하는 문제에 대처해야하지만, 디스크를 안정적이고, 읽기/쓰기 헤드를 민감하게하고, 표면으로부터 그것을 가져오기 위해 가까이해야하는 것 마저 보장해야 하는 문제가 생긴다. 이러한 경우에는 헤드가 디스크와 가까이에서 부유해야 하는데, 디스크와 헤드가 충돌할 경우를 충분히 감소시키기위해 평평히 해야하는 등 기술적 도전을 받고 있다. 플래터의 미디어 레이어, 액츄에이터, 전자 제어, 여타 부품들을 교체하는 것은 끊임없이 면적밀도를 높일 수 있다. 이것은 특히 읽기/쓰기 헤드가 가장 큰 요인이다. 매년 읽기/쓰기 헤드 기술이 밀도에서 비약적으로 발전하는데, 이것은 어째서 HDD 사이즈가 2배로 뻥튀기되는가, 이런 상황에서는 2배가 되는 시장에서 드라이브가 이끌고 가는 햇수를 줄일 수 밖에 없다.

 

(3)하드디스크의 읽기/쓰기 헤드

 

하드디스크의 읽기/쓰기 헤드는 데이터가 저장되는 자기성 물리 미디어와 하드디스크(그리고 PC)의 나머지 전자 부품간의 조화작동을 유도한다. 헤드는 비트를 전자기 펄스와 플래터에서 저장된 데이터들로 변환하고, 데이터를 읽어들일 필요가 있을 때는 반대 과정으로 작동한다.

읽기/쓰기 헤드는 하드디스크의 전체 성능을 좌우할 매우 중대한 부품으로서, 저장기능과 데이터 검색(복구 겸)이라는 중요한 역할을 맞고 있다. 대게 하드디스크에서 보다 값비싼 부품중 하나이고, 면적밀도와 디스크 회전 속도 증가를 가능케 한다. 읽기/쓰기 헤드는 생각과는 달리 수수하고, 없어보이던 최초부터 극단적인 발전과 어려운 기술요소로 진화해왔다. 새로운 헤드기술은 속도와 요즘 하드디스크의 크기를 증가시키는 시발점이 되기도 하였다.

 

역자주 : 여기서 원문이 increase 라 증가라고 표현은 했지만 그것보단 더욱 경쟁력있다 라고 해석하시면 좋을 것 같습니다.

①읽기/쓰기 헤드의 운용
여러가지 부품들 중에 읽기/쓰기 헤드는 가장 소박해보이는 부분인데, 따지고보면 기술적으로 놀라운 물건이다. 사람들은 딱히 이걸 직접 볼일이 없으니까 별로 민감하지 않은 부분(혹 중요치 않은 부분)이라 여길 수 있다. 이 영역에선 헤드가 어떻게 동작하고, 몇 가지 핵심적인 운용기술과 기능이 무엇인지 알아볼 것이다.

⑴읽기/쓰기 헤드의 기능
개념적으로 하드디스크 헤드는 매우 단순하다. 에너지 변환기라고 해야할까? 전기신호를 자기신호로, 자기신호를 전기신호로 변환하기 때문이다. 서로 완전히 다른 기술을 쓰지만, 당신이 늘상 볼 수 있는 VCR이나 홈 스테레오 테입 덱과 유사한 기능이라 할 수 있다. 읽기/쓰기 헤드는 근본적으로 얇은 전자석으로서 전자정보로부터 자기(magnetic)로, 혹은 반대로도 변환한다. 각각 저장된 데이터 비트는 하드디스크에서 사용하는, 자기흐름(magnetic flux)의 역전 패턴에서 0과 1로 변환하는 특별한 인코딩 방식으로 저장된다.

 

오래된 전통적인 하드디스크 헤드(페라이트, metal in gap, 박막)는 두 가지 전자기력 원칙을 사용하여 만들어진다. 첫번째는, 코일에서 생성된 자기장(magnetic field)를 통해 전류를 충당하는 것이다. 이것은 디스크가 쓰기작업 할 때 사용된다. 자기장이 생성하는 것을 관리하는건 현재 코일을 통해 나오는 흐름이 어느 방향인가에 따라 좌우된다. 두번째는 반대로, 코일이 전류가 흘러 자기장을 충당한다. 이는 이전에 쓰인(written) 정보를 읽어들일 때 사용된다. 다시 말하자면, 방향의 목적은 전류 흐름이 코일로 충당된 자기장을 어떻게 지도하느냐에 따라 결정된다. 새로운 헤드(MR과 GMR)는 정보를 읽어들이는 코일 속 전류를 유발하는 방법을 사용하지 않고 대신 자기저항 방법을 사용하여 동작하는데, 서로 다른 자기장이 목적일 때 특정 물질이 저항을 변화시킨다.

 

헤드는 보통 “읽기/쓰기 헤드” 라고 불리는데, 오래된 것들은 읽기와 쓰기 둘다 같은 요소로 사용하였다. 그러나 새로운 MR과 GMR 헤드는 읽기와 쓰기 각각 다른 요소를 넣은 부품이다. 이 설계는 어려운 제조과정이지만 자기저항 효과가 필요하여 헤드는 단지 읽기 모드에서만 작동한다. 읽기와 쓰기 유닛을 분리하게 되면서 각각 특수한 기능으로 조율하게 되는데, 싱글 헤드는 쓰기 기능과 읽기 기능을 위한 미세조정을 절충하도록 설계되어야만 한다. 듀얼 헤드는 때때로 “병합 헤드” 라고도 불린다.

 

역자주 : 절충이라고 하였는데, 절충 자체도 어느정도 맞지만 앞에 조율이란 단어와 연계하시면 될 것 같습니다.

 

 

하드디스크에서 타이트한 데이터 비트 패킹 때문에, 자기장은 또다른 하나로부터 방해 받지 않게 하는 점이 중요하다. 이렇게 하는 것은 저장 영역은 매우 작고, 매우 약해서 별 대수롭지 않게 확보할 수 있다. 디스크의 밀도를 높인다는 것은 영역이 약해진 다는 것으로, 읽기/쓰기 헤드가 더 빨라지거나 민감도를 증가시키켜야 약해진 영역과 비트가 1 인지 0인지 정확히 계산해낼 수 있다. 이것은 왜 MR과 GMR 헤드가 시장에 채용되는지 이유가 된다. 그것들은 더욱 민감하게, 디스크에서 인접한 트랙을 읽을 수 없을 만큼(실수가 없도록) 작게(세밀하게) 만들어져야 한다. 특별한 확장 서킷은 적절한 디지털 신호를 잡는 헤드로부터 약한 전기적 펄스를 변환하는데 사용하게 되는데 하드디스크로부터 실제 데이터를 읽는 것을 의미한다. 에러를 발견하고 회로를 수정하는 것은 신호가 약하게 잡히거나 하드디스크가 약할 때 생길 수 있는 에러를 증가시키는 부분을 보완한다는 것이다. 게다가, 일부 새로운 헤드는 읽기 헤드의 어느쪽 면이든 자기 "쉴드" 를 채용하여 헤드가 엇나간 자기에너지로부터 악영향을 낓피지 않도록 안전하게 한다.

⑵읽기/쓰기 헤드의 개수
하드디스크 플래터는 각각 한쪽 면씩 2개의 표면을 가지고 있다. 대게, 현대의 드라이브에선 플래터 표면 둘 다 사용하지만 앞서 말한 “드라이브-플래터의 개수 설명” 파트를 보자면 항상 그렇지만은 않다. 일반적으로 드라이브에서 각 표면당 1 헤드가 담당한다. 드라이브에서 사용하는 헌신적인 서보의 경우, 일반적인 데이터 표면보다 1개 이상의 헤드가 있을 수 있다. 대부분의 하드디스크에서는 1~4 플래터를 가지고 있을 때, 2~8개 헤드를 가지게 된다. 보다 큰 드라이브에선 20개 이상의 헤드를 가진 경우도 있다.

 

단 하나의 헤드는 주어진 시간내에 하드디스크에서 쓰인 것으로부터 읽어들일 수 있다. 특별한 회로는 헤드가 언제든지 활동할 수 있게 제어가 특화되어있다(혹 익숙하다).

 

주의: 대부분의 IDE/ATA 하드디스크는 바이오스 셋업 프로그램에서 디스크를 설정할 때 사용되는 “셋업 파라미터” 가 있다. 그 계산에 속지 말라, 때때로 “물리적 지오메트리” 같은 것은 실제로 모든 면에서 ‘물리적 지오메트리’ 가 아닌데도 그 이름 때문에 혼란을 낳게한다. 오늘날의 드라이브에 이 계산은 하드디스크 자체 내부의 어떤 것이 함께 뭘 하던 아무것도 아니다. 대부분의 새로운 IDE/ATA 디스크는 다른 모든 면에서 더 적어졌는데도 헤드는 16개를 장착하여 8.4GB를 넘는 새 드라이브들은 항상 ATA-4 제조당 16헤드를 가지고 있다.

⑶부유 고도 / 비행 고도 / 헤드 간격
하드디스크 기술에서 한가지 독특한 특성은 FDD, VCR, 테이프 덱 작업과는 차별지어 만들어진 것으로서, 이는 읽기/쓰기 헤드가 미디어와 직접적으로 접촉해있지 않다는 점을 말하는 것이다. 그 이유는 하드디스크 회전이 고속이기 때문인 것과 헤드가 다른 트랙 좌우로부터 자주 스캔할 필요가 있어, 디스크와 헤드의 접촉을 용인하는 것은 결과적으로 헤드와 미디어 둘다 섬세하기 때문에 받아들이기 어렵다. 사실 “최초의 하드디스크” 페이지에선 헤드가 미디어와 접촉해있는데 이 디자인은 접촉으로인한 마모 때문에 교체된 것이다.

 

현대의 드라이브 헤드는 디스크의 표면 위에 떠있고 모든 작업은 자기성질을 띠어 작동하지 물리적인 접촉은 없다. 헤드와 플래터간 공간부분을 “부유 고도 혹은 비행 고도” 라고 부른다. 이것은 또한 “헤드 간격” 이라고도 부르며, 일부 하드디스크 제조사들은 이를 두고 “에어 베어링” 을 탄다(ride)라고 한다. 읽기/쓰기 헤드 집합은 각 부분에 장착된 헤드 암의 스프링 강(spring steel)을 사용하는데, 이는 디스크가 멈춰있을 때 플래터에 의하여 눌리는 슬라이드 때문이다(이는 헤드가 플래터에서 둥둥 떠서 멀어지지 않도록 안전하게 하기 위함이며 부유 고도를 정확하게 유지하는 것은 올바른 운용에 있어 필수적인 항목이다). 디스크가 사용속도로 스핀업할 때는 항공기 날개와 그것이 날고 있을 때 양력의 법칙과 같은 상황이라 할 수 있다.

 

 

헤드와 플래터간 거리는 매우 짧기 때문에 -일반적으로 100만분의 1인치- 하드디스크는 대부분의 가장 작은 미립자를 제거하기 위한 특별한 필터기능을 갖춘 공기를 넣은 클린 룸에서 조립한다. 공기는 헤드에 작용하기 위해 요구된다. 누구나 하드디스크 내부가 진공상태를 유지한다고 생각할 때 마다-그리고 이게 항상 그런줄 안다- 어떻게 일정하게 헤드가 디스크 표면 위에 부유하는데 있어 여기에 공기가 없을 수 있는가. 당신은 또한 디스크 내부 환경에 대해 사람들이 “밀봉” 되어있다고 들었을 것이다(어떤 점에는 나 스스로 인정하는 것을 포함하여). 이것은 일반적인 경우에 사실이 아니다. 엄밀히 따지자면 디스크 내부 환경을 외부로부터 분리하여 청결을 유지하면서 외부와 내부간의 기압을 바꿀 수 있도록 하였다. 특별한 “환기구” 는 드라이브를 오염시키려는 이물질을 걸러내기 위해 장착되어있다.

 

메모: 사용하는 드라이브 헤드의 고도가 너무 높다면, 공기는 드라이브의 적절한 운용 높이와 실패할 경우를 위해 헤드를 지원하여 얇아지게 된다 . 특수 산업용 드라이브와 같이 특별한 목적으로 제작된 것은 외부로부터 완전히 차단된다.

 

플래터와 헤드와의 거리는 드라이브를 제작하는 엔지니어로부터 특별히 조정된 특정한 파라미터이다. 다른 드라이브 파라미터와 매치시키기 위한 스프링의 강세 조절을 담당하여(디스크의 속도는 회전, 크기, 헤드의 형태가 영향을 미치는 것처럼), 부유 고도를 정밀하게 유지할 수 있다. 고도가 매우 커지면, 헤드는 플래터에서 알맞게 읽기/쓰기를 할 수 없게 된다. 너무 작아지면, 그것은 헤드가 충돌할 가능성을 증가시키는 것이다(어이쿠 이런). 운용 영역 페이지를 보면 면적밀도가 증가했다는 것은 디스크에서 약해진 자기장으로 데이터를 저장할 수 밖에 없다는 뜻이다. 약해진 신호를 잡아내려 헤드가 플래터 표면에 더욱 가깝게 올라탄다면(ride) 이것으로 인해 헤드 충돌을 방지하기 위해 드라이브를 확인하려 또 다른 품질(상태) 개선을 필요로한다.

 

팁 : 일부 신상 드라이브는 파라미터가 허용범위를 이탈하게 되면 헤드의 비행 고도와 위험 신호를 감지할 수 있는 센서를 포함하고 있다.

 

어떠한 방법으로 디스크 표면에 헤더가 접촉없이 가깝게 떠있을 수 있다는 것은 매우 놀랍다. 시각적으로 보자면, 요즘 하드디스크의 부유 고도는 놀랍게도 0.5 마이크로인치이다. 사람의 머리카락은 한가닥에 2,000 마이크로인치라는 것을 생각해봐라! 당신은 하드디스크가 이물질(dirt)을 관리하는 것이 매우 중요하다는 것을 볼 수 있다. 사실, 하드디스크의 부유 고도는 마이크로프로세서의 회로크기 보다도 작다. 예를들자면 이러한 대단한 기술을 극대화 시킨 것이 랩탑에서 사용할 때라고 볼 수 잇다. 이 사실에 대해 많은 사람들은 이 기술을 매일 당연한듯이 여기고 있다는 것이다.

 

 

 

용량과 성능 향상을 위해 드라이브의 면적밀도가 증가할 때, 자기장은 더 작아지고 약해진다. 이를 보완하기 위해 헤드는 더 민감하게 만들거나 부유 고도를 낮출 수 밖에 없다. 부유고도를 낮출 때 마다 하드디스크의 기계적인 측면에서 플래터를 더욱 평탄하게 만들 수 밖에 없는데, 플래터 집합의 정렬하여 읽기/쓰기 헤드를 완벽하게 하며, 플래터에 먼지나 이물질을 없게 해야한다. 진동과 충돌을 없애야 하는 것 역시 당연하다. 이것은 어째서 제조자는 유리 플래터 기판을 사용하는 것 처럼 더 작은 플래터로 수정해야하는 가에 대한 한가지 이유가 된다. GMR 같은 새로운 헤드는 이전 세대보다 부유 고도가 높아지고 헤드의 민감도는 떨어졌지만 결과적으론 같은 값이 되었다.

 

개인사족 : the platters are flatter. 맞는 말이긴 합니다만, 더 편하고 확실한 단어가 있었을텐데 나름 노력해서 말장난 한 것 같네요. 한 두번도 아니고, 뭐 매번 햇갈리기만 하지 재미는 없지만요(아닐 수도 있어요~).

 

드라이브의 부유고도가 계속적으로 낮아지면, 하드디스크 엔지니어는 플래터 표면과 접촉하지 않는 수순으로 어디까지 더 작게 만들 수 있을지 그 수준을 가늠해봐야한다. 그것은 실제로 헤드 간격의 목표를 0으로 두고 있기에 콘텍트 디스크의 개념으로 회기하는 가능성에 대해 이야기가 나왔다. 이것은 오늘 날에 만들 수 있는 드라이브 보다 더욱 작은 자기장이 될 것이다. 물론, 이는 1950년대 첫번째 하드디스크의 경험(혹 실험)했던 일주(full circle; 一周)를 초래하게 된다! 단지 거반 50년 세월에서 이룩한 기술의 발전이 코스를 다르게 할 것이다. 예를들어 박막 미디어는 반세기전 사용된 컨택트 디스크의 옥사이드 미디어보다 단단한데, 윤활제는 더욱 발전되어있다. 그렇다 하더라도, 이것은 아마 이 기술이 연구와 제조적인 관점에서 공정상용화 될 수 있는 단계 이후 몇 년이 지나야 가능할 것이다.

⑷헤드 충돌
하드디스크의 읽기/쓰기 부분에서 디스크 플래터 위를 초미세 공기층에서 부유하는 것은, 헤드가 일정한 환경 조건에서 하드디스크 미디어 접촉할 수 있도록 만들어졌기에 가능한 것이다. 일반적으로, 헤드는 오직 드라이브가 시작하는 면이나 정지하는면 한 쪽  표면에만 닿을 수 있다. 현대의 하드디스크는 초당 100회 이상으로 튜닝되어있지만, 딱히 좋은 것은 아니다.

 

헤드가 사용중인 속도로 하드디스크 표면에 접촉한다면, 그 결과는 데이터 손실, 헤드와 디스크 표면, 혹은 그 이상을 가져다 줄 것이다. 이것은 단어 두개의 조합으로 컴퓨터 유저에게 가장 무서운 존재로서 보통 “헤드 충돌” 이라 부른다. 헤드 충돌의 가장 평범한 이유로서 헤드와 디스크 사이에 이물질이 끼게 된다거나, 사용중인 하드디스크에 충격을 가하는 문제가 있다.

 

요즘 하드디스크들이 더 낮아진 부유 고도임에도 불구하고, 오래된 하드보다 헤드 충돌을 더 감소시키게 된 여러가지 원인이 있다. 그 이유로 하드디스크의 뛰어난 디자인덕인데 이물질 제거, 더 좋아진 내부 구조, 진동과 충격을 방지해주는 특수 기술을 채용한 디자인을 나열할 수 있다. 플래터 자체는 보통은 표면 층을 보호하고 있는데, 이것이 문제를 일으키기 이전에 일정 과용량(남용되는 양)까지 견딜 수 있다. 헤드 충돌을 피할 예방법으로서, 특히 드라이브를 물리적으로 막다루지 않는 것인데 이건 뭐 상식이나 다름없다. 휴대용 컴퓨터같은 특이한 경우에는 하드디스크가 사용중일 때 유닛을 움직이게 하지 않는 것이다.

②읽기/쓰기 헤드의 기술
하드디스크 읽기/쓰기에서 사용되는 헤드 기술 집합들은 여러가지가 있다. 통상적으로, 높은 수준의 하드디스크 속도와 용량이 가능해지려면, 조정장치에서 핵심적인 읽기/쓰기 헤드 운용 작업의 방법이 나와야만 한다. 경우에 따라 현재 기술이 한계에 부딪칠 때 현존하는 기술을 몇 가지 뜯어고친다면, 보통은 어떤 종류에서 돌파를 필요로 하는 것에 중요한 도약이 된다.

 

 

 

⑴페라이트 헤드
최초의 헤드 디자인은 개념적으로 간단했다. 페라이트 헤드는 읽기/쓰기 헤드를 만들어내기 위해 U자 형태의 철심(iron core)을 전기적인 와인딩으로 감싸고 있다. 대부분의 고전 전자석들이 이렇지만 매우 작다(페라이트란 이름은 철심에서 따왔다). 이 디자인은 대체로 어린아이들이 가지고 있는 것처럼 각 끝 부분에는 남쪽과 북쪽, 각각 서로 다른 대립점을 나타내고 있는 U자 자석같다. 쓰기작업을 할 때, 헤드가 있는 플래터 표면에 자기를 띤 심의 막대기 사이 공간에서 코일이 만들어 낸 분극자기장(polarized magnetic field)이 흐른다. 반대 방향으로 흐를 때는, 반대 쪽 극성의 자기장이 생성된다. 읽기작업을 위해선 작업을 반대로 해야 한다. 헤드가 자기장을 지나가거나 한 쪽 방향 혹은 반대 쪽으로 흐르면 와인딩을 일으키는데 이것은 자기장 극성에 따라 좌우된다.

 

 

페라이트 헤드는 크고 무거운 작업에서 고통 받게 되는데, 이것은 플래터로부터 비교적 먼 거리에서 작동해야만 합리성있게 크고 강한 자기장을 갖게 된다. 그 디자인은 현대식 하드디스크를 만들 때 버려졌는데, 매우 높은 밀도의 하드디스크 미디어, 그리고 현대식에서는 그 방법이 구시대적이라 보았기 때문에 사용하지 않는다. 대표적으로 50MB 이하 PC 하드디스크에서 볼 수 있다.

 

⑵MIG(Metal-In-Gap) 헤드
표준 페라이트 헤드 디자인에서 한층 더 발전하여 Metal-In-Gap 헤드를 발명하였다. 이 헤드는 본질적으로 페라이트 코어 헤드와 같은 디자인이지만 헤드에 특별한 금속 합금을 추가했다. 이 변화는 자성력에 획기적인 증가를 가져왔으며 , MIG 헤드로 더 높은 밀도의 미디어를 사용하게 되었고, 용량 또한 증가했다. 페라이트를 뛰어넘는 향상으로, MIG 헤드는 박막 헤드와 자기저항식(magnetoresistive) 기술에 대체당했다. 50~100MB PC 하드디스크에서 자주 볼 수 있을 것이다.

⑶박막(Thin Film) 헤드
박막(TF)이나 씬필름 인덕티브(TFI) 로 불리는 이것은 전체적으로 페라이트 혹은 MIG 헤드와 디자인이 다르다. 이런 이름을 가지게 된 이유는 제조의 방법 때문이다. TF헤드는 프로세서 제조법과 유사한 사진석판(photolithographic) 과정을 사용하여 만들어진다. 이것은 같은 이름에서 비롯되듯이 현대의 박막 플래터 미디어에서 사용하는 기법과 같다. 이 기술에 대해 좀 더 자세하게 보자.

 

이 디자인은, 1960년대에 개발되었지만 실제 사용되는건 1979년 이후였다. 크고, 육중하고, 까다로웠던 전 세대 헤드의 아이언 코어를 완전히 대체하였다. 기판 웨이퍼는 특수 패턴 내 매우 얇은 합금 레이어 재질로 덮여져있다. 이것은 매우 작고 정밀하게 만들어진 헤드로 그 특징으로서 조심스럽게 제어하게 되며, 두꺼운 페라이트 헤드 디자인을 완전히 날려버리게 되었다. 박막 헤드는 이전 세대 기술보다 더 높아진 밀도와 더 낮아진 부유고도의 드라이브에서 사용할 수 있게 되었다. 1980년대 부터 1990년대 중반까지 많은 PC HDD에서 사용되었으며 100~1000MB 급에서 자주 볼 수 있다.

 

 

하드디스크의 면적 밀도는 증가했으나 박막 헤드는 디자인적 한계에 곧 다다르게 되어 마침내 자기저항식 헤드로 대체하게 된다.

 

⑷이방성 자기저항(Anisotropic Magnetoresistive) 헤드
최신 타입의 기술에서 일반적으로 쓰여지는 읽기/쓰기 헤드는 읽기/쓰기 작업 내부적인 면에서 이전의발전 보다 더욱 급격하게 변화한다. 더 큰 변화와 관련하여 헤드의 작업 방식 보다 제조 방식이 더욱 깊은 관계에 있다. 기존의 페라이트나 박막 헤드는 현존하는 자기장 속에 포함된 읽기 헤드의 와이어 흐름(혹은 전류)을 일으키는 원리로 작동하지만, 자기저항(MR) 헤드는 디스크를 읽기 위해 완전히 다른 원리를 사용한다.

 

메모: 첫번째 세대 MR 헤드의 올바른 이름은 이방성 자기저항 헤드(anisotropic magnetoresistive; AMR)이지만, 통상적으로 그냥 "자기저항" 헤드로 불리고 있다. GMR 헤드와 함께 현재 시장에서 있으며, 이것은 "자기저항" 과 "거대 자기저항" 이 혼재되어 사용되고 있을 가능성이 있다. 그렇기 때문에 몇 회사들은 현재 오래된 MR 헤드인 “AMR” 헤드를 GMR로부터 구별해야한다. 통상적인 생각으로, 당신이 “MR 헤드” 드라이브에 대해 말하고자 한다면, 이 뜻은 여기에 설명해 놓은 오래된 기술을 말하는 것이다.

 

MR 헤드는 특별한 전도성 물질을 채용하는데, 이것은 현재 남아있는 자기장의 저항을 바꾼다. 헤드가 디스크 표면을 지나갈 때, 자기장이 디스크의 저장 방식에 상응하도록 바꾸었던 것 처럼 이 물질이 저항을 변경한다. 센서는 플래터상의 비트를 읽을 수 있도록 한 저항에서의 변화를 감지하기 위해 사용된다.

 

MR 헤드의 사용으로 이전 세대 디자인에서 가능했던 것 보다 더 높은 면적밀도를 갖는 플래터를 사용할 수 있는데, 저장 용량의 극대화(면적은 줄어들면서)와 드라이브 속도를 높일 수 있게 되었다. MR 헤드는 전류가 직접적으로 주류 헤드에 닿을 방법이 없기 때문에, 이것은 자기 유량이 몇 배는 더 민감하게 반응 할 수 있도록 미디어를 변경했다. 이것은 각자 서로가 간섭할 수 없는 한도에서 최대한 가까이 다가오게 한 상태로 쓰기작업 신호를 약하게 사용하여 대량의 수용력으로 발전시키게 하였다.

 

MR 기술은 디스크를 읽을 때만 사용된다. 쓰기 작업 할 때는 기존 박막 헤드를 분리하여 사용한다. 이 읽기 작업과 쓰기 작업을 위해 1개 헤드를 귀찮게 분리하는 일은 추가적인 이득을 가지고 있다. 통상적인 헤드는 읽기와 쓰기 둘다 교환 조건(tradeoff) 내에서 이루어지는데, 헤드는 경우에 따라 읽기에 더 효율적지만 쓰기에 비효율적일 때가 있고 반대의 경우도 있기 때문이다. 예를들어, 표준 읽기/쓰기 헤드의 코어를 빙 두르는 와이어 와인딩 숫자를 늘리려 할 때는, 읽기 작업시 헤드의 민감도를 올릴 수 있지만 고속에서 쓰기 작업을 하는 것은 좀 더 어렵게 만든다. 또한, 최상의 효과를 위해 더 넓은 데이터 트랙를 쓰기 원하지만(미디어 확보를 위해 아마 자성을 띠어야 할 듯) 더 좁아진 것 만을 읽게 될 것이다(분명 실수로 근처 비트로부터 나온 신호를 잡아내진 않을 것이다). MR로 디자인 된 MR 헤드가 읽기 작업 할 때는, 박막의 쓰기 헤드가  어떤 손상 없이 오로지 쓰기 작업만을 위해 최적화 될 것이다.

 

 

1991년 IBM을 통해 첫번째로 소개되었지만 그리 오래 쓰진 못하였으나, MR 헤드의 핵심적인 발명 중 하나는 1GB가 넘는 하드디스크를 만들 수 있게 해주었다는 것이고, 이것을 계기로 용량면에서 폭발적인 성장을 도모했다. MR 헤드의 제조비용이 상당함에도 불구하고, 모든 면에서 10GB 하드디스크를 향한 도전에 맞서지 못한 박막 헤드를 대체하게 되었다. MR 헤드는 보통 1~30GB 용량의 하드디스크에서 찾을 수 있다.

 

그러나 MR 헤드는 면적밀도에 의하여 그 한계가 들어났다. MR 헤드의 성공적인 혁신은 보다 대단한 면적 밀도의 크기의 증대가 이전만큼 좋질 못하고 감소하고 말았다. 때때로 광범위 자기저항 헤드를 위해 MRX 라는 이름으로 한 층 발전하여 디자인 되기도 하였다. MR은 요즘들어 나타난 GMR 헤드로 성공했는데, 커다란 자기저항 효과 덕분에 그런 이름이 지어졌다. 그것은 MR 헤드와 기본적인 개념은 비슷하지만 한층 더 진보했다.

 

⑸거대 자기저항(Giant Magnetoresistive) 헤드
1950년대에 시작된 첫번째 HDD을 IBM은 하드디스크의 기술적 발전의 전면에 내세우게 되었다. IBM의 첫 연구와 개발 성과를 계속적으로, 하디드스크의 거대 자기저항 읽기 헤드를 도입하기까지 50년 가까이 지속 시켰다. 이 헤드는 오리지널 이방성 자기저항 헤드와 일반적인 원리는 같지만 몇 가지 면에서 우월하게 만들어진, 다소 다른 디자인을 사용하였다.

 

GMR 헤드의 “giant” 란 이름은 사이즈 때문이 아니다. 이것은 실제로 IBM이 오래전 일찍 개발한 일반적인 AMR 헤드보다 더 작다. 오히려, 그들은 거대 자기저항 효과 이후에 이름을 붙였는데, 첫째로 1980년대 후반  독립적으로 연구하는 Peter Gruenberg 와 Albert Fert란 2명의 유럽 연구원이 발견했다. 커다란 자기 저항과 여러 자기 물질의 얇은 층을 함께 연구하였고, 그들은 그 재질이 자기장을 목적으로 매우 큰 저항 변화에 주목하게 되었다. 이 초기 실험에서 사용된 기술과 재질은 제조에 적합하진 않았지만 그들이 기술의 기초를 다진 것이다.

 

역자주 : 아래를 보시면 아시겠지만 “크기” 때문에 “거대(giant)” 가 붙은게 아니라 자기장에 관한 장점(혹은 보완)의 “극대화” 정도로 여기시면 될 것 같습니다.

 

그것을 IBM의 알마덴 연구 센터의 엔지니어와, 과학자에게 인계하였다. IBM은 수천가지 다른 물질과 방법을 연구하여 사용 제품 GMR을 상품화 시켰다. 핵심적인 발전사항으로 GMR 효과가 소재가 스퍼터링으로 퇴적된 물질의 다량층(multilayer)에 작용한다는 것을 발견한 것인데, 박막 미디어와 박막 읽기/쓰기 헤드에서 사용된 기술과 같은 것이다.1997년 12월, IBM은 GMR 헤드를 사용한 첫번째 HDD 제품을 발표하였고, 그 이후로도 줄곧 면적밀도 기록이 그들의 어깨를 위축시키는 모습을 볼 수 있었다.

 

 

GMR 헤드는 단층 구조의 얇은 재질 4개 레이어가 샌드위치 형태로 구성되어있다 :

 

1. Free Layer : 이것은 니켈-아이언 합금의 감각 레이어로서 읽으려고 하는 데이터 비트의 표면을 지나가게 된다. 이 이름이 내포하고 있는 것은, 디스크에서 자기패턴에 반응하는 주기가 자유롭다는 것이다.

 

2. Spacer : 이 레이어는 전형적인 구리로서 자성이 없고, Free 와 Pinned 레이어, 자성을 분리하도록 그 둘 사이에 위치한다.

 

3. Pinned Layer : 코발트 재질의 레이어로, Exchange Layer와 이것이 인접하게 되어 고정된 자기 배향(magnetic orientation)을 억제한다.

 

4. Exchange Layer : 이 레이어는  “반강자성체(antiferromagnetic)” 물질로 만들어졌고, 대부분 아이언과 망간(manganese)으로 구성되어있으며, Pinned Layer의 자기 배향을 고정시킨다.

 

여기에 GMR헤드가 어떻게 동작하는지(일단 머리속에 녹아든 양자물리학 따위 내던져버리시라) 지금은 수박 겉핥기 수준으로 보자. 헤드가 한 쪽 극성의 자기장을 지날 때(디스크에서 “0” 이라 말한다), Free Layer는 Pinned Layer의 그것들과 동조하기 위해 전자를 회전시킨다. 이것은 전체 헤드 구조에서 더 적은 저항을 만들어 낸다. 헤드가 반대편 극성을 지날 때(“1”), Free Layer 주기 속 전자는 Pinned Layer의 그것들과 동조하지 않는다. 이는 전체 구조상의 저항이 증가하기 때문이다. 저항의 변화는 Free Layer 에서 전자의 회전 특성이 바뀌게 되어 변화하는 것이고, 이러한 이유로, IBM은 이 구조를 Spin valve로 이름지었다. 보면 뭐 그 회전식 손잡이가 달린 수도파이프의 밸브를 떠올릴 수 있는데, 보통은 그런 개념일 수도 있다.

 

 

GMR 헤드는 전통적인 MR 헤드보다 민감도가 더욱 우월하다. 이전 MR 헤드는 으레 저항의 변화가 MR 헤드는 한 쪽 자기 극성에서 반대쪽으로 통과하는데 약 2% 수준을 보여줬지만, GMR 헤드에서는 어디에서나 5~8% 로 상승했다. 이 뜻은 GMR 헤드가 더 약하고 작은 신호를 잡아낼 수 있다는 것인데, 이는 면적밀도 증가로 인한 용량과 성능 향상의 핵심적인 부분이다. 그들은 또한 민감도의 증가로 노이즈와 간섭을 줄일 수  있게 되었고, MR 헤드보다 더 작고 가볍운 헤드를 만들 수 있게 되었다. GMR 헤드는 또한 전형적인 “쉴드” 가 달려있는데, 자기장이 엇나가는 악영향으로부터 방어하기 위해서이다.

 

GMR 헤드는 최신 기술로 사용하여 지금은 75GB까지의 용량이나 면적밀도가 대략 10~15Gbit/in2 인 드라이브에 쓰고 있다. 2000년 초에 IBM은 이미 35Gbit/in2 GMR 헤드를 제작했는데, 이것은 표준형 폼팩터의 200GB HDD이고 그 이상도 얼마 남지 않았다.

 

⑹초거대 자기저항(Colossal Magnetoresistive) 헤드
지금 새로운 거대 자기저항 헤드가 시장을 차지하고 있는데, 엔지니어는 성능에서 다음 레벨을 위한 하드디스크 읽기 헤드의 도약을 위해 시선을 돌렸다. 디자인을 연구하게 된 것 중 하나로 GMR을 기초로 한 획기적 진화에 “초거대 자기저항” 혹 “CMR” 이란 이름을 붙여놨다. 지금 시점에서 이 기술은 연구하기 이른 시점이기도 하고, 이것에 대해 정보를 얻기도 쉽지 않다. 이것은 논리적으로 GMR보다 더욱 민감도를 높이고, 보다 가벼울 수 있는 다른 재질로 만들어질 것이다.

 

역자주 : 3~6년전 250GB 이하의 HDD에선 여전히 GMR이나 유사한 기술을 사용하였고, 이 글은 그 맘때 작성되었기 때문에 “수직기록방식(PMR) 헤드” 가 없습니다. 필요하신 분이 계시면 위키피디아에 등록된 PMR 설명을 ⑹CMR 아래에 “⑺PMR” 으로 작게나마 번역하여 소개하겠습니다.

 

작성시기가 CMR 헤드의 개발 시점이었기도 했고, 아마 CMR이 PMR로 대체된 것 같은데(오래 못갔거나). 어쨌든 해당 자료를 구하기도 어려워 CMR은 추가로 소개하기가 어려울 것 같습니다.

 

 

출저 : http://www.storagereview.com/guide2000/ref/hdd/index.html

 

 

 

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ps. 15인치 모니터에서 하려니 이거 으악 눈이..!