하드디스크의 구조와 원리

Date : 2016.05.30 14:15

하드디스크의 구조와 원리

 

<하드디스크의 동작 원리>

하드디스크는 자성물질로 덮힌 디스크를 회전시키고 그 위를 헤드가 접근하여 디스크의 표면에

자기배열을 변경하여 데이터를 기록 또는 판독한다.

헤드는 직접적으로 데이터를 기록하는 장치로 플래터 위를 공중비행하며 데이터를 쓰기 읽기를 하는데

이때 비행하는 비행고도는 100만분의 1미터~10억분의 1미터로 담배연기 입자보다 낮은 높이이며

플래터가 고속 회전할때 헤드가 플래터와의 충돌이 없는 상태로 작동을 하게 된다.

 

 

 

 

 

[플래터와 헤드의 동작원리 및 비행고도]

 

 

 

 

<하드디스크의 구조>

 

 

 

 

[하드디스크 분해도]

 

 

 

 

<하드디스크 세부 구조>

 

플래터(Platter)

비자성체인 비금속(알루미늄) 원판 표면에 자성체인 산화금속 막이 양면에 코팅되어 있다.

플래터의 회전속도가 증가함에 따라 헤드와 플래터 사이의 간격이 점점 좁아지면서 알루미늄 합금에서

유리, 유리합성물, 나그네슘, 합금을 연구개발하여, 현재 2.5인치 HDD 플래터는 유리합성물의 재질이며,

3.5인치 HDD는 알루미늄을 사용하고 있다.

플래터를 구성하고 있는 기판은 자기물질로 코팅되어 있는데 현대식 미디어는 박막미디어 플래터층을 사용한다.

박막 미디어 플래터층의 구조: 금속기판 - Ni-P하층 - 크롬층 - 자기층 - 탄소 코팅 - 윤활제

 

 

헤드(head)

헤드는 전기신호를 자기신호로 변형하고, 자기신호를 전기신호로  변형하는 변환기로 볼수 있다.

데이터가 기록되는 방식은 자속반전형식으로 0과 1을 번역하는 인코딩방식으로 기록된다.

헤드는 플래터의 양쪽면에 기록이 가능하며, 플래터의 수의 2배인 경우가 대부분이다.

디스크의 수와 밀도가 높아지고, 디스크의 회전수가 빨라지면서

헤드의 판독 및 기록은 더 정밀하고 민감하게 반응할수 있도록 생산되고 있다.

현재 HDD에 장착된 헤드는 MR헤드와 GMR헤드가 주를 이루고 있다.

헤드의 비행고도는 하드디스크의 성능이 높아질수록 가까워지고 있다.

플래터와 헤드의 비행고도는 약0.00001mm 이하로 비행한다.

 

 

스핀들 모터(spindle motor)

스핀들 모터는 하드디스크가 동작하도록 하드디스크의 플래터를 회전시키는 역할을 한다.

일정한 속도로 회전하며, 제품에 따라 속도와 성능의 차이가 있다.

스핀들모터는 수천시간을 견딜수 있는 견고성과 진동을 최소화한 정밀성과

열과 소음발생이 적은 안정적인 고품질의 모터로 적절한 속도로 회전할 수 있어야 한다.

하드디스크가 향상될 수록 스핀들모터의 회전수는 증가되고 있으나, 열과 진동 발생의 통제가 관건이다.

스핀들모터의 회전수는 3,600 - 4,200 - 4,500 - 4,900 - 5,200 - 5,400 - 7,200 - 10,000 - 12,000 - 15,000 RPM

이며, 현재 2.5인치 HDD는 5,400과 7,200RPM, 3.5인치 HDD는 7,200 RPM이 주로 사용된다.

10,000 RPM이상은 랩터 HDD로 고급형 SCSI HDD로 사용된다.

스핀들 모터의 회전수가 빠를수록 데이터를 기록하고 판독하는 속도가 빠르다.

 

 

회로기판(PCB)

하드디스크 뒷쪽에 위치한 회로기판을 논리보드라 부르며 전원용커넥터, 신호용 커넥터, 점퍼용 핀, BIOS, 제어칩, 버퍼메모리 등으로

구성되어 있다. PCB회로는 스핀들모터통제, 액추에이터 트랙움직임 관리, 모든 판독/기록 관리, 전원관리, 기하학 번역 다루기, 선인출과

같은 최적화 기능, 내부캐시 관리, 정보의 흐름, 최적화 등의 기능을 수행한다.

현대의 하드디스크는 내부 마이크로프로세서를 포함하여 이를 운영하기 위한 소프트웨어 루틴이 통제논리를 운영하고 드라이브를 작동시킨다. 이와 유사한 것을 펌웨어라 부르며 하드웨어와 소프트웨어의 중간적 역할을 한다고 볼수 있다.

캐시메모리는 버퍼라고도 불리며, 하드디스크와 하드디스크인터페이스의 전송속도의 버퍼 역할을 한다.

버퍼의 크기 차이가 아주 클 경우에는 하드디스크의 성능에 큰 영향을 미친다.

하지만, 버퍼 크기간의 차이가 크지 않다면  큰영향을 주지 않는것으로 알려져 있다.

 

 

헤드 충돌(head crash)

하드디스크의 데이터를 판독/기록하는 헤드가 디스크 플태어 위를 비행하면서

어떠한 환경에 의해 헤드가 미디어와 접촉할수 있다.

헤드가 고속으로 데이터를 기록 판독하는 동작을 하고 있을때 디스크 표면과 접촉하면

데이터의 손실, 헤드손상, 디스크표면손상 등이 일어날수 있다.

이를 디스크 크래시손상이라 한다.

 

 

 

 

 

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