문제
한 면에 읽기/쓰기가 가능한 2개의 디스크로 구성된 하드 디스크의 물리적 구조를 제시하고, 하드 디스크에서 데이터를 읽고 쓰는 과정의 동작 특성을 설명하세요.
답안
- 하드 디스크의 물리적 구조
하드 디스크의 물리적 구조는 다음과 같은 주요 구성 요소들로 이루어져 있습니다:
1. 플래터 (Platter):
• 데이터를 저장하는 원형의 디스크로, 하드 디스크에 여러 장의 플래터가 쌓여 구성됩니다.
• 플래터의 양면은 모두 데이터를 저장할 수 있으며, 질문에서 주어진 조건에 따르면 읽기/쓰기가 가능한 한 면당 2개의 디스크가 장착되어 있습니다.
2. 트랙 (Track):
• 각 플래터 면에 원형의 궤적을 따라 구성된 저장 위치입니다. 트랙은 디스크의 중심에서 바깥쪽까지 여러 개의 원형 궤적으로 배열되어 있습니다.
3. 섹터 (Sector):
• 트랙이 더 작은 단위로 나뉘어 저장된 블록으로, 보통 한 섹터는 512바이트 크기로 설정됩니다.
4. 실린더 (Cylinder):
• 서로 다른 플래터의 동일한 트랙 번호가 결합된 것으로, 여러 플래터에서 동시에 데이터를 읽고 쓸 수 있도록 지원합니다.
5. 읽기/쓰기 헤드 (Read/Write Head):
• 데이터를 플래터에 기록하거나 읽어 들이는 장치로, 플래터의 양면에 각각 하나씩 장착됩니다.
• 주어진 질문에 따라 하나의 플래터에 2개의 헤드가 있어 각 플래터의 양면에 각각의 헤드가 읽기/쓰기 작업을 담당합니다.
6. 스핀들 (Spindle):
• 플래터를 회전시키는 축으로, 일정 속도로 플래터를 회전시켜 읽기/쓰기 헤드가 데이터에 접근할 수 있도록 합니다.- 하드 디스크에서 데이터 읽기/쓰기 과정의 동작 특성
하드 디스크에서 데이터를 읽고 쓰는 과정은 회전 지연(Rotational Latency), 탐색 시간(Seek Time), 전송 시간(Transfer Time)을 포함하며, 주요 동작 특성은 다음과 같습니다.
1. 탐색 시간 (Seek Time):
• 읽기/쓰기 헤드가 데이터를 저장하고 있는 트랙에 접근하기 위해 이동하는 시간입니다.
• 헤드는 주어진 위치에서 목표 트랙까지 이동하여 목표 섹터를 찾습니다.
• 이때, 여러 디스크에서 같은 실린더에 위치한 트랙의 데이터는 동시에 접근할 수 있어 탐색 시간을 최소화할 수 있습니다.
2. 회전 지연 (Rotational Latency):
• 플래터가 회전하면서 헤드가 원하는 데이터가 저장된 섹터 위치에 도달하기까지의 대기 시간입니다.
• 일반적으로 플래터의 회전 속도가 빠를수록 회전 지연 시간이 줄어들어 데이터 접근 속도가 향상됩니다.
• 하드 디스크의 회전 속도는 보통 분당 회전수(RPM, Revolutions Per Minute)로 측정되며, RPM이 높을수록 지연이 짧아집니다.
3. 데이터 전송 시간 (Transfer Time):
• 데이터를 읽거나 쓰는 데 필요한 실제 전송 시간으로, 읽기/쓰기 헤드가 데이터 섹터에 접근해 데이터를 가져오는 속도에 따라 결정됩니다.
• 하드 디스크의 데이터 전송 속도는 인터페이스에 따라 다르며, 보통 SATA, SAS 등 다양한 인터페이스를 통해 전송 속도가 결정됩니다.데이터 읽기/쓰기 과정
1. 읽기 작업:
• 헤드 위치 탐색: CPU가 필요한 데이터를 요청하면, 하드 디스크의 컨트롤러가 플래터에서 해당 데이터가 위치한 트랙으로 헤드를 이동시킵니다.
• 플래터 회전: 해당 섹터가 헤드 아래로 위치하도록 플래터가 회전하면서 회전 지연이 발생합니다.
• 데이터 전송: 헤드가 위치한 섹터의 데이터를 읽어 디스크 캐시로 전송하며, 이후 CPU로 데이터를 전달합니다.
2. 쓰기 작업:
• 헤드 위치 탐색: CPU가 데이터를 쓰기 요청을 보내면, 컨트롤러가 쓰려는 위치의 트랙으로 헤드를 이동시킵니다.
• 플래터 회전: 플래터가 회전하면서 데이터를 쓸 섹터가 헤드 아래로 위치할 때까지 대기합니다.
• 데이터 기록: 헤드가 데이터가 위치한 섹터에 도달하면, 데이터를 해당 섹터에 기록합니다. 데이터를 정확하게 기록하기 위해 오버라이트 방식으로 덮어씁니다.요약
하드 디스크는 여러 플래터와 헤드가 데이터 접근 시간을 최소화하도록 설계되며, 읽기/쓰기 작업 시 탐색 시간, 회전 지연, 전송 시간이라는 단계가 포함됩니다.
