[컴퓨터][32] 비휘발성 저장 장치 - 2 (자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크:HDD)

※ 해당 게시글은 주제를 탐구하면서 주관적인 생각을 정리 한 글입니다.

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이전 글을 통해 컴퓨터의 전원이 꺼져도

디지털 정보를 저장하고 유지할 수 있는 비휘발성 메모리
ex) CD, HDD, SSD 등

의 원리를 이해하기 위해 기초적인 전자기학과,

비휘발성 저장 장치의 기반이 되는

자기 와이어 리코딩:녹음기에 대한 원리에 대해 탐구해 보았다.

[컴퓨터][31] 비휘발성 저장 장치 - 1 : 전자기학 기초 및 자기 와이어 레코딩(magnetic wire recording) :

 

이어서, 이번 글을 통해  자기 와이어 리코딩:녹음기 기술이

자기 테이프, 자기 드럼, 자기 디스크/하드 디스크,

그리고 광학 디스크와, 반도체 메로리인  솔리드 스테이트 드라이브(SSD)

까지 어떻게 발전해 왔는지, 그 흐름을 분석하고,

각 저장 장치의 원리와 동작 방식을 파악하면서

컴퓨터는 이러한 저장 장치를 

어떠한 방식으로 처리하고, 활용하는지 탐구해 보겠다.

 

< 비휘발성 메모리 - 2 >
(자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크)

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< 자기 테이프 >

 

" 자기 테이프 구조 "

자기 테이프의 간단한 구조는 다음과 같다.

자기 테이프는 자기 와이어 리코딩과 달리,

금속 와이어 대신 강자성체가 코팅된 플라스틱 테이프를 사용한다.

이를 통해 더 얇고, 유연하며 내구성이 뛰어나

더 많은 정보를 안정적으로 저장할 수 있다.

 

자기 테이프를 감고 있는 원판은 릴(Reel)이라고 하며,

왼쪽 릴과 오른쪽 릴이 존재한다.

한쪽 릴을 회전시키면 테이프가 헤드를 지나

반대쪽 릴로 감기도록 동작한다.

 

" 자기 테이프 정보 기록 방법 "

왼쪽 원판:릴(Reel)에 감긴 강자성체 테이프가 모터에 의해

이동하며, 중앙의 자기 헤드를 통과한다.

 

이때, 입력 신호(아날로그 음성 신호/디지털 데이터 신호 등)가 주어지면

자기 헤드는 해당 신호에 따라 자기장을 변화시켜 테이프를 자기화한다.

이렇게 자기화된 테이프는

오른쪽 원판:릴로 감기며 기록이 완료된다.

기록이 끝난 테이프는 분리하여 보관할 수 있으며,

필요할 때 다시 장착하여 데이터를 읽을 수 있다.

이러한 특성 덕분에 자기 테이프는 컴퓨터의 전원이 꺼져도

데이터가 보존되는 비휘발성 저장 매체로 활용된다.

 

현재까지도 1km 이상의 긴 테이프를 사용해

높은 저장 밀도와

장기 보관 수명을 제공하는 저장 장치로 사용되고 있다.

※ 만약 아날로그 신호를 컴퓨터에 입력하는 경우에는 이전 글을 통해 설명하였듯이 ADC(Analog-to-Digital Converter, 아날로그-디지털 변환기)가 필요하다.
※ ADC에 대한 간단한 구조와 원리↓

아날로그-디지털 변환기(Analog-to-digital converter, ADC)는

아날로그 신호(:연속적인 전압 변화)를

불연속적인 디지털 신호(:이진 데이터)로 변환해 주는 장치이다.

ADC는 연산증폭기(Operational amplifier, OP-AMP)를

비교기로 활용하여 외부 입력 전압값과

저항을 통해 미리 설정한 전압을 비교하는 방식으로 동작한다.

 

이 과정에서 외부 입력 전압이 설정한 특정 기준 전압에 도달하면,

전류를 정방향으로 흐르게 하거나,

멈추거나,

역방향으로 흐르게 할 수 있다.

 

이를 통해 저항을 이용하여 입력 전압의 크기를 일정한 단계로 나눈다.

각 저항 사이에서 형성된 기준 전압을 비교기(Comparator)가 감지하고,

입력 전압이 어느 범위에 속하는지 판별하여

특정 전압 구간에 해당하는 이진 코드(디지털 값)를 출력한다.

ex) 0V ~ 5V

0V : 111110	1V : 111100	2V : 111000
3V : 110000	4V : 100000	5V : 000000

하지만 테이프는 본질적으로 순차적이기 때문에,

되감기 또는 빨리 감기를 하여,

원하는 데이터로 이동해야 한다는

접근속도에 대한 단점/제한이 있다.

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< 자기 드럼 메모리 (drum memory) >

 

자기 드럼 메모리는 자기 테이프의 순차접근 방식에 따른

속도 제한을 극복한 초기 비휘발성 저장 장치이다.

자기 드럼은 원기둥 형태의 금속 표면에 강자성체를 코팅한 구조를 가지며,

드럼(원기둥)이 고속 회전하는 동안

여러 개의 자기 헤드가 각 트랙에 배치되어 데이터를 읽거나 기록한다.

※ 일반적으로 1분당 1000회 회전을 한다.
※ 최대 약 80,000 비트까지 저장할 수 있었다.

자기 드럼의 저장 방식은 자기 테이프와 비교하여

접근 속도를 크게 향상했다.

자기 테이프는 데이터를 순차적으로 읽어야 했기 때문에

원하는 정보를 찾기 위해 되감거나 빨리 감는 과정이 필요했다.

반면, 자기 드럼은 병렬 저장 방식을 통해 이러한 단점을 보완하였다.

 

각 드럼 표면은 여러 개의 트랙으로 나뉘며,

각 트랙은 다시 여러 개의 섹터로 구성된다.

각 섹터는 1비트를 저장할 수 있으며,

8비트(1바이트) 데이터를 저장할 경우 다음과 같이 분배된다.

 

예를 들어, 8비트 데이터를 저장하는 경우:

• 랙 1 ~ 트랙 8의 첫 번째 섹터에 각각 1비트씩 저장된다.
• 이후 데이터를 저장할 때도 동일한 방식으로 다음 섹터에 할당된다.

 

이러한 구조 덕분에 데이터를 읽거나 기록할 때

특정 주소를 빠르게 접근할 수 있었으며,

여러 개의 헤드를 활용하여 동시 처리가 가능해졌다.

 

자기 드럼 메모리는

자기 테이프 및 자기 와이어 리코딩과 마찬가지로

앙페르법칙과 전자기 유도(페러데이 법칙)에 기반하여 동작한다.

 

" 자기 드럼 메모리 정보 기록 방법 "

자기 헤드에 흐르는 전류 방향을 조절하여, 강자성체가

코팅된 표면에 자기화 방향을 결정하며,

이를 통해 0과 1을 저장할 수 있다.

 

" 자기 드럼 메모리 정보 읽는 방법 "

데이터를 읽을 때는 자기장의 변화가 전류를 유도하여

원래의 데이터를 복원하는 방식으로 작동한다.

 

하지만 자기 드럼은 기계적 구조로 인해 크기와 무게가 컸으며,

이후 등장하는 하드 디스크 드라이브(HDD)보다

비교적 저장 밀도가 낮아,

자기 드럼 메모리는 점차 사용되지 않게 되었다.

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< 하드 디스크 드라이브 (Hard Disk Drive, HDD) >

하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive, HDD)는

자기 드럼 메모리의 기술적 한계를 개선하여,

더 높은 저장밀도와 효율성을 제공하는

비휘발성 저장 장치로 발전했다.

 

HDD의 원리는 자기 드럼 메모리와 같지만,

구조와 동작 방식에서 중요한 차이점을 가진다.

 

" HDD 구조 "

DD의 구조를 간단히 살펴보면

다음 이미지 와과 같이 자기 디스크(:플래터)와

액츄에이터 암 그리고 자기 헤드로 구성된다.

 

“ 자기 디스크:플래터 상세 구조 ”

플래터(Platter)의 상세한 구조를 살펴보면,

플래터는 강자성체 물질로 코팅되어 있다.

데이터를 기록하거나, 읽을 때 고속으로 회전하며,

표면은 동심원 형태로 구분된 트랙(Track)으로 나뉜다.

그리고 각 트랙은 다시 여러 섹터(Sector)로 분할된다.

하나의 섹터는 데이터를 저장할 수 있는 최소 단위가 된다.

※ 기본적인 섹터 크기는 512바이트(4096비트) 일정도로 크다.

 

자기 디스크:플래터는 여러 개 쌓을 수 있으며,

앞면과 뒷면 모두 데이터를 기록하는 데 사용할 할 수 있다.

 

“ 헤드 상세 구조 ”

헤드에 대한 상세한 구조를 살펴보면

다음 이미지와 같이 액추에이터, 암(ARM)

그리고 헤드로 구성되어 있다.

그리고 액추에이터 코일 부분에 전류를 가하면

위아래에 배치되어 있는 강한 자석과 상호작용으로

전자기 유도 현상과 로렌츠 힘이 발생하며

이로 인해 암과 헤드는 좌우로 움직인다.

자세한 원리는 다음 영상을 따른다.

 

" HDD 기록 방법 "

컴퓨터가 HDD의 특정 위치에 데이터를 저장하려면,

(예: "첫 번째 헤드", "첫 번째 트랙", "첫 번째 섹터")

해당 위치 정보를 HDD 컨트롤러에 전달해야 한다.

이 과정은 다음과 같이 진행된다.

 

[1] 명령어 해석과 트랙 탐색 및 비교

1-1.

사용자가 특정 위치에 데이터를 저장하고자 하면,

컴퓨터는 해당 명령어를 해석하여 HDD 컨트롤러 회로가

처리할 수 있는 이진 신호로 전달한다.

 

1-2.

HDD 컨트롤러(어댑터)는 해당 신호를 분석하여

목표 헤드, 트랙, 섹터 정보를 순서대로 추출하는데

먼저 헤드를 탐색하는 명령어부터 처리한다.

 

1-3.

이후, 헤드 선택 회로가 신호에 대응되는 헤드를 활성화하여

목표 플래터 면을 지정한다.

 

1-4.

액추에이터 암(Actuator Arm)과

헤드가 좌우로 움직이면서 서보 트랙에

기록된 신호를 읽으며 탐색하면서 입력받은 트랙과 비교한다.

※ 서보 트랙(Servo Track)은 플래터 표면에 미리 기록된 기준 신호로, 헤드가 정확한 위치에 정렬될 수 있도록 한다.

 

1-5.

목표 트랙과 일치하면, 헤드는 해당 트랙 위에서 위치를 유지한다.

 

[2] 섹터 탐색 및 비교

2-1.

플래터가 고속 회전하면서 헤드는

목표 트랙을 따라 지나가는 모든 섹터의 '섹터 헤더'를 읽는다.

※ 섹터 헤더에는 섹터 번호, 오류 정정 코드(ECC), 상태 정보 등이 포함되어 있다.

 

2-2.

HDD 컨트롤러는 섹터 헤더에 기록된 섹터 주소를 읽고,

목표 섹터 주소와 비교기(Comparator)를 이용해 비교한다.

※ 비교기는 HDD 컨트롤러에 포함되어 있으며, 회로는 논리 게이트로 구성된 산술 논리 회로(ALU)에서의 비교기와 같다.

 

2-3.

비교 결과 일치하면 ”Eqaul”신호를 생성하여

데이터 기록을 시작할 준비를 한다.

※ 만약 비교결과가 일치하지 않으면, 플래터의 회전 상태를 유지하면서 다음 섹터를 읽고 비교하는 과정을 반복한다.
※ 비교 연산이 진행되는 동안, 헤드의 위치는 유지한다.
※ 비교 연산이 진행되는 동안, 플래터는 계속 회전 상태를 유지한다.
※ HDD 컨트롤러가 회전 속도와 헤드의 위치를 정밀하게 동기화하여 정확한 섹터에 데이터를 기록할 수 있다.

 

[3] 데이터 기록

3-1.

이후, CPU는 기록할 데이터를 레지스터에 저장한 후,

I/O 명령어를 통해 HDD 컨트롤러로 전달한다.

※ 일반적으로 데이터는 바이트(8BIT) 단위로 데이터로 전송된다.

 

3-2.

HDD 컨트롤러는 전달받은 이진 데이터를

1비트 단위의 전기적 신호 변환하여 헤드로 전달한다.

 

3-3.

헤드는 앙페르의 법칙과 강자성체의 자기화 원리를 기반으로 하여

Write 헤드로부터 이진 신호에 대응되는 특정 전류 방향에 따라

자기장을 생성하여 플래터 표면에

자성을 띤 코팅층에 자기화 방향을 조절하며 기록한다.

이때 미세하게 헤드를 위치 조정하며 1bit씩 기록한다.

 

 

“HDD 읽기 방법”

HDD에서 데이터를 읽어오는 과정은 데이터를 기록하는 과정과 비슷하다.

만약 HDD의 특정 위치에 저장된 데이터를 읽고자 하는 경우

(예: "첫 번째 헤드", "첫 번째 트랙", "첫 번째 섹터")

해당 위치 정보를 HDD 컨트롤러에 전달해야 한다.

이 과정은 다음과 같이 진행된다.

 

[1] 명령어 해석과 트랙 탐색 및 비교

1-1.

사용자 또는 컴퓨터가 특정 위치의 데이터를 읽고자 하면,

컴퓨터는 해당 명령어를 해석하여 HDD 컨트롤러 회로가

처리할 수 있는 이진 신호로 변환하여 전달한다.

 

1-2.

HDD 컨트롤러(어댑터)는 해당 신호를 분석하여

목표 헤드, 트랙, 섹터 정보를 순서대로 추출하는데

먼저 헤드를 탐색하는 명령어부터 처리한다.

 

1-3.

헤드 선택 회로는 해당 신호에 대응되는 헤드를 활성화하여

목표 플래터 면을 지정한다.

 

1-4.

이후, 액추에이터 암(Actuator Arm)과 헤드가 좌우로 움직이면서 서보 트랙에

기록된 신호를 읽으며 탐색하면서 입력받은 트랙과 비교한다.

※ 서보 트랙(Servo Track)은 플래터 표면에 미리 기록된 기준 신호로, 헤드가 정확한 위치에 정렬될 수 있도록 한다.

 

1-5.

목표 트랙과 일치하면, 헤드는 해당 트랙 위에서 위치를 유지한다.

 

[2] 섹터 탐색 및 비교

2-1.

플래터가 고속 회전하면서 헤드는

목표 트랙을 따라 지나가는 모든 섹터의 '섹터 헤더'를 읽는다.

※ 섹터 헤더에는 섹터 번호, 오류 정정 코드(ECC), 상태 정보 등이 포함되어 있다.

 

2-2.

HDD 컨트롤러는 섹터 헤더에 기록된 섹터 주소를 읽고,

목표 섹터 주소와 비교기(Comparator)를 이용해 비교한다.

※ 비교기는 HDD 컨트롤러에 포함되어 있으며, 회로는 논리 게이트로 구성된 산술 논리 회로(ALU)에서의 비교기와 같다.

 

2-3.

비교 결과 일치하면 ”Eqaul”신호를 생성하여

데이터 읽을 준비를 한다.

※ 만약 비교결과가 일치하지 않으면, 플래터의 회전 상태를 유지하면서 다음 섹터를 읽고 비교하는 과정을 반복한다.
※ 비교 연산이 진행되는 동안, 헤드의 위치는 유지한다.
※ 비교 연산이 진행되는 동안, 플래터는 계속 회전 상태를 유지한다.
※ HDD 컨트롤러가 회전 속도와 헤드의 위치를 정밀하게 동기화하여 정확한 섹터에 데이터를 읽을 수 있다.

 

[3] 데이터 읽기

3-1.

데이터가 위치한 섹터를 찾으면,

Read 헤드는 HDD 컨트롤러의 미세한 제어를 받아

데이터를 1BIT씩 읽어 들인다.

이때 전자기 유도(페러데이 법칙)에 의해

플래터 표면의 자기화된 영역이

생성하는 자기장의 변화를 감지하여 데이터를 읽는다.

하지만 기술이 발전하여 현대의 Read 헤드는

하나의 영역의 절대적인 자기화 방향이 아니라

연속적인 자기화 방향의 변화를 기반으로 데이터를 읽어 들인다.

현재 위치와 다음 위치의 자기장 방향이 같다면 0으로 판단하고,

현재 위치와 다음 위치의 자기장 방향이 다르면 1로 판단한다.

이에 따라 기록하는 방법도,

이전 자기화 방향을 고려하여 기록하여,

더 안정적이고 밀도 높게 데이터를 읽고 기록할 수 있다.

 

3-2.

Read 헤드에는 자기장의 세기에 따라

저항률이 변하는 소재를 기반으로 제작되어 있어서,

현재 위치와 다음 위치의 자기장 방향이 변하지 않으면

저항률이 낮아 이를 0에 대응시키고,

현재 위치와 다음 위치의 자기장 방향이 변하면

저항률이 높아 이를 1에 대응시켜

이진 데이터로 변환하여 CPU로 전송한다.

 

3-3.

이후 CPU는 I/O 명령어를 통해 HDD로부터

읽어 들인 데이터를 레지스터로 이동시키고,

이를 RAM으로 복사하여 필요한 작업을 수행한다.

※  헤드의 효율적인 데이터 접근 방식 (FCFS , SSTF, SCAN, LOOK)

HDD에서 헤드가 데이터를 읽고 쓰는 방식은

시간에 따라 최적화되었다.

초창기에는 단순히 요청이 들어온 순서대로 처리하는

FCFS(First-Come, First-Served) 방식을 사용했다.

예를 들어,

 현재 헤드가 8번 트랙에 있고

다음 헤드 요청 순서가 2 → 7 → 3 → 10 → 9 → 5라면,

그대로 처리하면 비효율적인 이동이 발생한다.

 

이 문제를 해결하기 위해

SSTF(Shortest Seek Time First) 방식이 도입되었다

. SSTF는 현재 헤드 위치에서 가장 가까운 트랙을 먼저 처리하는 방식이다.

예를 들어, 8번 트랙에 위치한 헤드는 가장 가까운

7번 또는 9번 트랙으로 이동한 후,

다시 가까운 트랙을 찾아 진행한다.

이 방식은 이동 거리를 줄여 성능을 향상하지만,

멀리 있는 요청이 계속해서

후순위로 밀리는 현상이 발생할 수 있다.

 

이를 보완하기 위해 SCAN 방식이 등장했다.

SCAN 방식에서는 헤드가 디스크의

첫 번째 트랙에서 마지막 트랙까지 왕복하면서 요청을 처리한다.

즉, 헤드는 한 방향으로 이동하며 트랙을 처리한 후

끝에 도달하면 방향을 바꿔 반대편까지 이동한다.

이 방식은 후순위로 밀리는 현상을 줄일 수 있다.

 

더 나아가 굳이 디스크의 끝까지 이동하지 않고

요청 트랙 중에서 번호가 가장 낮은 트랙을 시작으로 하고,

번호가 가장 높은 트랙을 끝으로 하여

  왕복하는  LOOK 방식도 있다.

 

 이를 통해 불필요한 이동을 줄여

더욱 효율적인 데이터 접근이 가능하다.

이러한 스케줄링 방식들은 디스크의 성능을

최적화하기 위해 발전해 왔으며,

현대의 디스크에서는 더욱 정교한 알고리즘이

적용되어 데이터 접근 속도를 극대화하고 있다

“HDD의 장점 및 단점(한계)”

이처럼 HDD는 자기 드럼보다 작고 가벼워

이동성과 실용이 뛰어나며, 생산 비용도 낮아

대중적으로 널리 사용될 수 있었다.

 

그러나 플래터의 회전과 헤드의 이동은

마모될 가능성이 높다는 한계와,

HDD도 자기 드럼보다는

데이터의 접근 및 전달속도가 빠르지만,

이후 등장하게 될 SSD보다 데이터 접근 및 전달 속도가 느려지면서,

HDD도 사용량이 줄어들고 있다.

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< 플로피 디스크 >

플로피 디스크(Floppy Disk)는

하드 디스크(HDD)와 유사한 자기 디스크를 이용하는 저장 매체이다.

HDD의 비해 저장 용량은 적지만,

저렴한 가격과 휴대성 및 교환성이 뛰어나 소프트웨어 배포나,

데이터 백업 등 데이터 공유 용도로 널리 사용되었다.

※ 운영체제 설치, BIOS 업데이트, 긴급 부팅 디스크 등으로도 활용되었다.

 

“ 플로피 디스크 구조 ”

플로피 디스크와 하드디스크는 동작과정과 구조에서

많은 유사점을 가지지만,

가장 큰 차이점은 디스크(플래터)의 재질과 형태이다.

 

플로피 디스크의 플래터는

자기 코팅된 얇은 원형 플라스틱 디스크로 제작되며,

쉽게 휘어질 정도로 유연하다.

이를 보호하기 위해 플라스틱 케이스에 담겨있다.

 

“플로피 디스크 읽기/쓰기 과정”

플로피 디스크는 하드디스크와 매우 유사하므로,

간단하게 설명하면 다음과 같다.

플래터의 표면이 동심원 형태의 트랙으로 나뉘며,

각 트랙은 다시 섹터로 구분된다.

(1)

이에 따라 플로피 디스크를 드라이브 장치에 삽입하면

내부 모터가 디스크를 회전시킨다.

※ 하드디스크는 분당 약 5400 ~ 15000 회를 회전하는 반면 플로피디스크는 분당 약 300 ~ 600회 정도 회전한다.

 

(2)

하드디스크와 같이 컴퓨터의 명령어에 따라 동작하며,

액추에이터 암을 이용하여 헤드가 목표 트랙과 섹터를 찾아 이동한다.

 

(3)

데이터를 기록할 때는 앙페르 법칙과 강자성체의

자기화 원리에 따라 플래터에 데이터를 저장한다.

 

(4)

데이터를 읽을 때는 전자기 유도 현상(페러데이 법칙)에 따라

자기장의 변화를 감지하여 유도전류를 생성해

데이터를 해석한다.

※ 하드디스크의 경우에는 헤드가 플래터에 접촉하지 않지만, 플로피디스크의 경우 헤드가 접촉하여 데이터를 읽고 쓴다. 이로 인해 내구성이 떨어진다.

 

“플로피 디스크의 한계”

플로피 디스크는 높은 휴대성과 교환성을 제공하였지만,

이후 등장한 CD와 USB 그리고 인터넷의 발전으로 점차 사용이 줄어들었다.

특히 비교적 낮은 저장 용량과 약한 내구성 그리고

느린 회전속도 및 접근 속도 등의 한계가 있었다.

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< CD/CD-ROM >

CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory)은 광학 저장 매체로,

하드디스크나, 플로피디스크와 달리 자기 기록 방식이 아닌,

레이저를 이용하여

빛의 반사율 차이를 기반으로 데이터를 저장하고 읽어낸다.

 

“ CD-ROM 구조 ”

CD-ROM은 기본적으로 플라스틱 디스크에

반사층과 염료층 그리고 보호층을 덧씌운 구조로 이루어진다.

플라스틱 기판 : 염료층과 반사층 그리고 보호층을 입히기 위한 기반이 되는 물질
염료층 : 데이터를 저장하는 층으로, 레이저를 특정 부분을 변화시켜 데이터를 기록한다.
반사층 : 알루미늄 또는 금으로 코팅된 층으로, 레이저 빛을 반사하여 데이터를 판독할 수 있다.
보호층 : 표면을 보호한다.

CD는 다음과 같이 자기 디스크와 마찬가지로

트랙과 섹터로 구분되지만,

나선형으로 데이터를 기록하는 구조를 가진다.

CD의 중앙 부분은 디스크의 시작 지점으로,

여기에는 디스크의 기본 정보를

담고 있는 리드인(Lead-in) 영역이 위치한다.

이 영역에는 CD의 용량, CD의 형식,

각 트랙의 시작 위치 등의 정보가 기록되어 있어,

CD-ROM 드라이브가 데이터를 읽기 전에 해당 정보를 먼저 판독하게 된다.

 

“ CD-ROM 데이터 저장 방법 ”

CD-ROM은 앞서 언급하였듯이, 자기 저장 매체와 달리 레이저를 이용하여

물리적으로 ‘홈(Pit)’과 평평한 부분’ 랜드(Land)’의 패턴으로 기록한다.

※CD는 적외선 레이저를 사용한다.

[1] lead-in 영역 기록

CD-ROM에 데이터를 기록할 때, 먼저 (Lead-in) 영역에

다음과 같은 기본 정보가 기록된다.

(1) 각 트랙이 시작하는 위치(섹터 주소)를 기록한다.
ex) 트랙 1 시작 : 섹터 4500, 트랙 2 시작 : 섹터 34500 …

(2) 디스크의 형식을 기록한다.
ex) 데이터 CD, 오디오 CD 등

(3) CD에 저장된 데이터 전체 크기와 마지막 섹터 번호를 기록한다.

 

[2] 데이터 기록

CD-ROM은 적외선 레이저를 이용하여 데이터 영역의 섹터 부분에

홈(Pit)과 평탄한 부분(Land)으로 구분하여 데이터를 기록한다.

이때 각 섹터는 하드디스크의 섹터와 같이 처음 부분에 고유한 주소를 가진다.

※ 홈(Pit) : 레이저 빛이 산란되어 반사되지 않는다. → 0으로 인식
※ 랜드(Land) : 평평하여 빛이 그대로 반사된다. → 1로 인식

이에 따라 0으로 저장할 부분은 레이저로 마모시켜 홈(Pit)을 형성하고,

1로 저장할 부분은 그대로 둔다.

※ 적외선의 경우 보호층과 반사층을 통과하여 염료층을 태울 수 있다.

 

“ CD-ROM 데이터 읽기 방법 ”

홈(Pit) : 레이저 빛이 산란되어 반사되지 않는다. → 0으로 인식

랜드(Land) : 평평하여 빛이 그대로 반사된다. → 1로 인식

 

[1] I/O 명령어 실행

CPU가 CD-ROM 드라이브에 데이터 주소(트랙, 섹터)를

포함한 읽기(Read) 명령어를 보낸다.

 

[2] CD 회전 및 레이저 탐색

데이터 주소가 전 잘 되면 CD-ROM 드라이브의

Spindle Motor:모터가 디스크를 일정한 속도로 회전시킨다.

그리고 CD-ROM 드라이브는 lean in 영역을 먼저 판독하여

디스크의 형식 및 각 트랙의 위치 정보를 파악한다.

이후 광픽업(Optical Pickup Unit, OPU)이

해당 트랙으로 이동한다.

※ 광픽업(Optical Pickup Unit, OPU): 레이저, 광센서, 렌즈, 광전지 등으로 구성된 장치

 

이후 레이저가 CD 표면을 조사(스캔)하면,

빛의 반사 여부를 기반으로 데이터를 감지한다.

홈(Pit) 부분은 빛이 산란되어 반사되지 않아 0으로 감지하고,

평평한 랜드(Land) 부분은 빛이 반사되어

광센서에 닿아 빛을 감지한다.

이 과정에서 광센서가 감지한

빛의 신호를 광전지가 디지털 신호(0, 1)로 변환한다.

[3] 레지스터로 데이터 전송

: 변환된 디지털 신호는 레지스터로 전송되며,

이후 RAM에 복사하여 프로그램에서 사용할 수 있도록 한다.

 

“CD-ROM의 장점 및 한계”

CD-ROM은 자기 디스크보다 물리적 손상이 적고, HDD보다 가격이 저렴하다.

또, 휴대성과 교환성에 뛰어나며,

플로피디스크보다 큰 용량을 저장할 수 있다.

그리고 한번 기록된 데이터는 변경할 수 없어,

소프트웨어 배포에 적합하다.

 

그러나, 읽기 전용이므로, 데이터를 수정하거나 추가로 기록할 수 없고,

하드 디스크보다는 데이터 접근 속도가 느리다.

그리고 이후 더욱 발전된 기술을 기반으로 발명된 SSD, USB 등에 의해

점차 사용량이 감소되었다.

 

 

SSD(솔리드 스테이트 드라이브)는

내용이 많아 다음 글에 이어서 작성하겠다.

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※ 해당 게시글은 주제를 탐구하면서 주관적인 생각을 정리 한 글입니다.