[컴퓨터 구조] 외부 기억장치 - 자기 디스크

* 자기 디스크(Magnetic Disk)

디스크

디스크는 자성 물질로 코딩된 비자성 물질로 만들어진 원형 평판이다.

자기 디스크

- 원형 평판은 1장 또는 6~12장까지 겹쳐서 사용 가능하다.

- 원형 평판의 면에는 트랙이 있고, 헤드가 트랙에서 데이터를 읽거나 기록한다.

- 순차적 또는 직접 액세스가 가능하다.

- 속도가 빠르고 기억 용량도 크다.

 

 

자기 디스크 기억장치의 구조

자기 디스크 기억장치의 구조

자기 디스크의 주요 구성요소에는 원형 평판, 헤드, 디스크 팔(디스크 암), 구동 장치 등이 있다.

 

 

자기적 읽기 및 쓰기 메커니즘

데이터는 헤드라고 불리는 전도성 코일을 통해 디스크에 기록되고 검색된다.

유도성 쓰기, 자기저항성 읽기 헤드

쓰기 메커니즘

쓰기 메커니즘은 코일에 전기가 흐르면 자기장이 발생하는 것을 이용한다.

전기 펄스 → 전류 발생(전자기 유도 현상) → 자성 패턴 기록

 

읽기 메커니즘

읽기 메커니즘은 자기장 내에서 코일이 이동하면 코일에 전류가 발생하는 것을 이용한다.

읽기 헤드는 자화방향 MR 샌서로 구성되어 있는데, 자화 방향에 따라 저항과 전압이 변화된다.

 

 

디스크 데이터 조직

디스크 데이터 배치

트랙(track)

트랙의 폭은 헤드의 폭과 같으며, 표면 위에는 수천 개의 트랙이 있다.

 

섹터(sector)

섹터는 디스크로 들어오거나 나가는 데이터의 전송 단위로, 각 트랙에는 수백 개의 섹터들이 있다.

섹터의 길이는 가변 또는 고정되어 있는데, 대부분의 최근 시스템은 고정-길이 섹터를 사용한다.

 

갭(gap)

인접한 트랙을 분리한다.

이로써 헤드가 잘못 정렬되거나 자기장의 간섭으로 인해 발생하는 오류를 방지하거나 최소화시킨다.

 

 

디스크 배치 방식

디스크 배치 방식에는 등각속도와 다중 영역 기록이 있다.

 

등각속도

등각속도는 일정한 속도로 회전하는 상태에서 트랙의 위치에 관계없이 데이터를 동일한 비율로 액세스 하는 방식이다.

등각속도

디스크 중심부에 가까이 위치한 비트는 바깥쪽 비트보다 이동 속도가 느리다.

이러한 속도 차이를 보완하기 위해서 바깥쪽으로 갈수록 저장된 정보의 비트들 간격을 증가시킨다.

따라서 디스크를 일정한 속도로 회전시켜도 같은 비율로 비트들을 읽을 수 있다.

 

등각속도 방식은 디스크를 읽고 쓰는 장치가 간단하다는 장점이 있지만,

바깥쪽 트랙에 저장될 수 있는 데이터 양과 안쪽 트랙에 저장할 수 있는 양이 동일하기 때문에 바깥쪽 용량을 낭비하게 된다.

 

다중 영역 기록

다중 영역 기록

여러 개(전형적으로 16개)의 영역으로 나누어지며, 각 영역 내에서 트랙당 비트수가 일정하다.

중심부로부터 멀리 떨어진 영역일수록 더 많은 비트들을 저장한다.

 

 

디스크 형식화(Disk Formatting)

디스크 포맷 시 디스크에 제어 정보(ID)를 기록하여 트랙 내에서 섹터들의 위치를 찾아낸다.

윈체스터 디스크 트랙의 형식

- ID 필드: 특정 섹터를 지정하기 위해서 사용되는 식별자이다.

- SYNCH 바이트: 필드의 시작점을 구별하는 특수한 비트 패턴이다.

- GAP 필드: ID 필드와 데이터 필드 구분한다.

 

 

고정 헤드 VS 이동 헤드

고정 헤드, 이동 헤드

고정 헤드는 트랙 수와 헤드 수가 같고, 헤드가 이동할 필요가 없다.

이동 헤드는 하나의 헤드로 원형 평판 위를 이동하면서 여러 개의 트랙에 읽기/쓰기가 가능하다.

 

 

디스크 성능 파라미터

디스크 I/O 전송 타이밍

탐색 시간(Seek Time)

이동 헤드 시스템에서 헤드가 원하는 트랙까지 이동하는 데 걸리는 시간이다.

즉, 디스크 팔을 원하는 트랙으로 이동시키는 데 걸리는 시간이다.

 

회전 지연(Rotational Latency)

섹터가 헤드에 도달할 때까지 걸리는 시간이다.

ex) 20000rpm: 60s/20000회전 →  3ms 소요/1회전

 

접근 시간(Access Time)

탐색 시간 + 회전 지연

 

전송 시간(Transfer Time)

데이터 전송 시간은 디스크의 회전 속도에 따라 달라진다.

 

전체 평균 읽기/쓰기 시간

탐색 시간 + 회전 지연 + 전송 시간 = 접근 시간 + 전송 시간

 

 

성결대학교 정보통신공학과 컴퓨터구조 강의(2023)
William Stallings, 「컴퓨터시스템구조론(10판)」

본 게시물은 위 강의 및 교재를 기반으로 정리한 글입니다.