Disk Drive

• 레코드판과 같은 형태의 disk의 알루미늄과 같은 금속성 표면에 자성 물질을 입히고, disk head를 이용하여 해당 자성 물질의 특정 위치에 데이터를 저장하거나 저장된 데이터를 읽어내는 기억 장치
• Block device의 일종으로 데이터를 bit 단위가 아닌 block 단위로 처리(한 번에 1 block 씩). HDD에서 block을 보통 sector라고 함.
• Direct Access Storage Device로 Disk head를 조절하여 원하는 데이터가 있는 위치 또는 데이터를 기재할 원하는 위치에 직접 접근할 수 있음.
• 종류로는 floppy disk drive와 hard disk drive로 나뉨.
• 하지만 현재 floppy disk는 용량의 제한으로 인해 거의 사용되지 않음.
• Disk drive의 variation으로 Magnetic drum이 있으며 초기에 대형 시스템 등에서 사용되었으나 현재는 거의 쓰이지 않음.

Disk

• bit 단위보다는 block 단위로 데이터를 처리하는 장치
• Disk drive에서 다루는 block을 sector라는 표현으로 부름.
• 이는 1bit의 데이터를 읽기 위해서 Disk drive는 1sector를 읽어야 함을 의미
• 1sector는 512byte에서 4096byte에 이르기까지 크기가 다양해지고 점점 커지는 추세
• 아래의 그림은 Disk를 구성하는 1개의 Platter를 보여줌.

• Track : 회전축을 중심으로 자료가 저장되는 동심원.
• Sector : 하나의 track을 여러 개로 구분한 것
• Cylinder : 동일 위치의 track들로 구성된 집합 (여러 platter)
• Cluster : 동일 track에서 연속된 sector들로 구성

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• 안쪽의 track과 바깥쪽의 track 길이는 다르지만 정보량을 같음.
• 위 그림과 같은 layout에서는 1개의 sector는 동일한 수의 bit의 데이터를 기록 가능하므로 바깥쪽의 track일수록 bit density가 낮아짐.
• 최근에는 바깥쪽에 보다 많은 sector가 놓이도록 개선된 HDD도 있음.
• Cylinder, track, sector에 번호가 할당되고, 이를 데이터의 저장된 장소(address)로 사용.

HDD 구조

• Spindle : Disk 중앙부에 위치하며 motor와 연결되어 platter를 일정 속도로 회전시킴.
• Platter : Disk를 구성하는 원판 한 장. 앞/뒷면에 자성물질로 코팅되어 0/1을 기록할 수 있음.
• Read/Write Head(Slider) : 여러 Platter 사이에 놓이며 platter의 앞/뒷면에 하나씩 할당되어 데이터를 기록하거나 읽어들임. (전자기 유도를 이용하여 데이터를 읽고 쓰며, 아주 작은 공간 정도만 떨어져 있음.)
• Actuator arm : 방사상으로 움직여서 Head가 원하는 위치에 놓이게 함.
• Actuator : Actuator arm을 움직이게 하는 구동 장치

HDD 크기에 따른 분류

HDD 관련 용어

• Seek time은 원하는 track으로 head가 움직이는데 걸리는 시간
• Latency(or Rotational latency)은 track에서 실제 sector로 이동하는 시간.

HDD 종류

IDE(Intergrated Drive Electronics, or PATA)

• 저가에 매우 안정적인 방식
• 1개의 채널에 2개의 주변 장치 연결 가능
• EIDE(Enhanced IDE)는 2개의 채널을 지원하여 총 4개의 HDD 장착 가능
• 대략 8GB의 HDD가 한계

SCSI(Small Computer System Interface)

• 시스템 구분 없이 주변 장치 7개에서 최대 15개까지 연결
• 빠른 전송 속도로 주변 장치의 데이터를 컴퓨터로 전달
• 별도의 컨트롤러를 마더보드에 연결하여 사용하는 방식. 컨트롤러 자체에 프로세서가 장치되어 있어 CPU에 독립적으로 데이터 처리 가능
• SAS(Serial Attached SCSI)로 이어짐
• 속도에서는 NVMe보다 떨어지나 확장성이 좋아 SAN을 통한 대용량 저장 시스템 구축에서는 많이 사용

SATA(Serial Advanced Technology Attachment)

• 직렬 연결 방식의 등장
• 하나의 SATA 연결은 하나의 channel로 인식
• 병렬 ATA를 대체하기 위해 고안됨.
• SATA1 규격에서는 150MB/s, SATA2는 300MB/s의 전송속도
• SATA2에서는 USB처럼 허브를 이용해 하나의 포트에 여러 개의 HDD를 연결할 수 있고 PC를 끄지 않고 장치를 연결하는 핫플러그 등의 기능 추가

RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks)

• 여러 드라이브의 집합을 하나의 저장 장치처럼 취금함.
• 장애가 발생했을 때 데이터를 잃어버리지 않게하며 각각에 대해 독립적으로 동작할 수 있도록 하는 시스템
• 여러 개의 HDD를 하나의 Virtual Disk로 구성하여 대용량 저장 장치 구축 가능

Optical Disk

• 광학적으로 데이터를 기록하고 읽어내는 장치
• USB Flash drive가 보편화되기 이전에 HDD와 floppy disk의 장점을 모두 가지고 있는 보조기억장치로 애용됨.
• floppy disk와 같이 개별로 가지고 다니기 쉬움.
• HDD보다는 적으나 floppy disk로는 불가능한 수백 MiB의 저장용량을 가짐.
• 현재는 거의 사용되지 않음.

종류

CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)

• CD에 기록되어 있는 데이터를 읽고 이를 컴퓨터로 전송할 수 있도록 설계된 ROM.
• 650MB 안팎의 데이터를 저장할 수 있는 멀티미디어 저장 매체

CD-R(Compact Disc-Recordable)

• 데이터를 한번 기록할 수 있으며 많은 양의 데이터를 백업할 때 사용
• WORM(Write Once Memory) CD 라고도 함.

CD-RW(CD-Rewritable)

• 여러 번에 걸쳐 기록과 삭제가 가능한 CD
• 데이터를 기록하기 위해서는 전용 장비(CD-RW drive)가 필요

DVD(Digital Versatile Disk)

• 기존의 다른 매체와는 달리 4.7GB의 기본 용량을 가짐

References:
1) https://dsaint31.tistory.com/entry/CS-Disk-Drive
2) https://dsaint31.tistory.com/entry/CE-Optical-Disk