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목 차
Ⅰ. 반도체메모리와 마이크로프로세서
1. 반도체메모리와 마이크로프로세서 개요
2. 반도체메모리의 종류와 발전
3. 마이크로프로세서의 종류와 발전방향
Ⅱ. 보조기억 장치
1. 개요
2. 반도체메모리의 종류와 발전
1) 자기테이프
2) 자기디스크
3) 플로피디스크
4) 하드디스크
5) 광저장장치
6) 대량기억장치(mass storage device)
3. 보조기억장치의 발전추세
Ⅰ. 반도체메모리와 마이크로프로세서
1. 반도체메모리와 마이크로프로세서 개요
인류 역사상 가장 획기적인 기술발전의 하나가 전자공학분야에서 일어남으로써 지난 30여년간 믿을 수 없을 정도의 진보가 이 분야에서 이루어져 왔다. 1947년 트랜지스터가 발명된지 얼마 안 되어 전자공학자들은 사진석판을 이용한 트랜지스터와 관련회로를 정의하는 법을 배웠으며, 이는 하나의 계기를 제시한 셈이었다. 이 기술을 사용하려면 규정된 대로 회로를 그려, 사진촬영을 하고 이를 축소한다. 그 다음 복잡한 기법을 통해, 트랜지스터는 대형 게르마늄 또는 실리콘결정을 잘라 만든 얇은 판인 웨이퍼위에 증착된다.
1965년에는 약 1.5㎠ 크기의 칩 하나에 1,000개의 회로소자를 담을 수 있었다. 1970년에는 대규모집적회로(LSI)를 이용해 하나의 칩 위의 소자수는 15,000개 이상으로 증가되었다. 이러한 발전이 오늘날 널리 퍼져있는 탁상용계산기를 가능하게 하였다. 오늘날은 70,000개 이상의 소자를 수용할 수 있는 1.5㎠의 칩이 있으며, 현대 컴퓨터시스템의 가격이 엄청나게 떨어지게 하는 결과를 낳았다.
1969년 미국 스탠포드 대학을 졸업한 소장 공학도인 호프 박사는 전자제조회사인 인텔사에서 일하게 되었다. 여기서 호프 박사는 탁상용계산기에 쓰일 소형전자부품의 설계를 담당하게 되었다. 그 당시의 설계기술로 계산기의 여러 기능을 수행하기 위해서는 여러 개의 칩이 필요했다. 그러나 호프 박사는 계산기의 연산 및 논리기능을 한 개의 칩에 배치할 것을 고안해 실질적으로 단일 실리콘칩으로 컴퓨터시스템의 중앙처리장치를 만드는 결과를 가져왔다.
손톱보다 더 작은 칩 위에 만들어진 이 중앙처리장치는 마이크로프로세서라 불렸으며, 18,000개의 진공관을 가진 에니악에 버금가는 능력을 가지고 있었다. 이 놀랄 만한 신제품에 대한 인텔사의 발표는 '집적전자회로의 새시대..... 단일 칩 컴퓨터'를 선언한 것이다. 이 작은 중앙처리장치는 주기억장치 및 기타 제어장치에 해당하는 칩이 첨가되면 완전한 컴퓨터시스템의 기본전자회로를 형성하며, 이들은 가로 세로가 각각 30cm 이내인 인쇄회로기판에 설치된다.
이러한 마이크로프로세서의 발달은 컴퓨터의 설계 및 이용에 커다란 변화를 가져왔다. 즉, 특수분야에 이용하기 위한 소형컴퓨터시스템이 개발되었다. 이전에는 대형컴퓨터만이 통신할 수 있던 컴퓨터터미널도 '지능'을 갖게 되어 독자적으로 자료처리가 가능하게 되었으며, 따라서 개인용 컴퓨터회사가 발전 번창하게 되었다.
물론 이 놀라운 전자회로의 발달은 계속되어 오늘날 컴퓨터의 모든 회로가 아주 싼 비용으로 한 개의 칩을 이용해서 만들어질 수 있게 되었다. 이들 마이크로컴퓨터는 초기의 에니악 컴퓨터의 몇 배나 되는 계산능력과 몇천 배나 더 놓은 신뢰성을 가지며, 또한 부피는 1/2,000,000뿐이고 비용도 1/16,000밖에 되지 않는다.
2. 반도체메모리의 종류와 발전
컴퓨터시스템에 사용된 모든 기억장치(반도체 메모리)는비트의 형태로 데이터를 기억시키는데, 이 기억장치의 유형은 여러 가지가 있다. 대체로 널리 사용되는 기억장치는 RAM(Random Access Memory)이다. 데이터를 이 기억장치에 기록하고 다시 이 기억장치에서 읽어낼 수 있다. RAM은 대부분 컴퓨터의 주기억장치로 사용한다.
ROM(Read Only Memory)은 메모리가 제작될 때 데이터를 이 안에 기록한다. ROM에 기록된 데이터는 읽어서 사용할 수 있으나, 그 내용을 다른 데이터로 변경할 수는 없다. ROM은 마이크로컴퓨터에 사용하는 베이직인터프리터(Interpreter)이다. PROM은 컴퓨터시스템의 일부분으로 사용할 때는 ROM과 같은 기능을 수행한다. 즉, 컴퓨터시스템에 사용될 때는 내용을 바꿀 필요가 없고 다만 읽기만 한다. 그렇지만 PROM은 제작하는 과정에서 데이터를 그 안에 기록하지 않고 대신 PROM을 사용하는 이용자(user)가 컴퓨터시스템내에 PROM을 조립해 넣기 전 메모리 안에 프로그램이나 데이터를 기록할 수 있다. 그 밖에 메모리 안에 있는 내용을 자외선을 통해 지우며, 롬라이터를 통해 프로그램을 입력하는 EPROM, 그리고 전기적으로 쉽게 지울 수 있는 EEPROM 등도 있다.
① RAM
테이프 및 디스크와 같은 자기방식의 저장매체와는 달리, 주저장장치인 램은 따로 분리되어 있는 것이 아니다. RAM은 읽고 기록하는 메모리(read-and-write memory)로서, 데이터를 메모리 안으로 읽히게 하고, 쓰이게 하는 역할을 한다. 아무런 기계적 작동 없이, 데이터는 RAM으로부터 전자속도로 접근하거나 또는 빛의 속도로 종료될 수 있다. 오늘날 대부분의 컴퓨터들은 RAM용으로 CMOS(시모스, 상보형 금속산화반도체, Complementary Metal-Oxide Semiconductor)기술을 사용한다. 우표의 1/8크기만한 최첨단 기술집약형 시모스메모리칩은 약 4백만 개의비트, 또는 4십만개 이상의 문자를 저장할 수 있다. 물리적으로 살펴보면 이 메모리칩은 단일선접속기억장소 모듈(single in-line memory odule :SIMM) 위에 장착된다. SIMM은 프로세서와 직접 연결되어 있는 회로기판이다.
가장 범용적인 RAM기술로는 DRAM(Dynamic RAM)과 SRAM(Static RAM)기술을 들 수 있다.
컴퓨터쪽에서는 DRAM이 SRAM보다 더 널리 사용되고 있다. 반면 SRAM은 DRAM처럼 동적기억장치를 리시레플하는 데에 수백 초라는 시간을 필요로 하지 않기 때문에 DRAM보다 데이터처리속도가 빠르다.
반도체방식 저장장치는 한 가지 중요한 문제점을 안고 있다. 이것을 소위 '파괴메모리'라고도 한다. 즉, 현재의 전기가 꺼지거나 또는 방해를 받는 경우 데이터를 잃어버린다는 것이다. 연구개발자들은 전기적 간섭이나 방해를 받더라도 데이터를 잃지 않도록 하는 보다 완벽한 RAM기술 개발에 집중하고 있다.
이에 따라 '버블메모리(bubble memory)'라는 데이터무손실 기술이 등장했다. 하지만 이 기술은 RAM과 같은 주저장장치로써 보편적으로 이용되기에는 품질상의 문제를 여전히 안고 있다. 비록 버블메모리가 RAM보다 느리기는 하지만, 어떤 특정한 컴퓨터에서는 시모스보다 훨씬 뛰어나다는 평가를 얻고 있다. 한편 버블메모리는 주변의 불안정한 환경에 극히 영향을 받지 아니하며, 동시에 축전지 수명이 시모스보다 휠씬 길다는 장점을 가지고 있다. 이 기술은 산업체로보트, 휴대용컴퓨터, 그리고 다양한 통제장치에 활용될 전망이다.
② RAM의 데이터입출력방법
RAM은 프로세서에게 프로그램과 데이터를 임시로 저장해 공급하는 역할을 한다. 모든 프로그램과 데이터는 실행되거나 처리되기에 앞서 반드시 키보드와 같은 입력장치 또는 디스크와 같은 보조저장장치로부터 데이터를 RAM으로 옮기는 과정을 거친다. RAM의 여유공간은 일종의 '프리미엄'인 셈이다.
따라서 프로그램실행을 끝마치면, RAM의 저장공간은 다음 차례를 기다리고 있는 프로그램이 이용할 수 있도록 할당된다. PC사용자들은 한번에 대단히 많은 종류의 프로그램을 실행시키려는 경향이 있는데, 이와 같은 RAM을 가득 채우는 행위는 결국 프로그램을 실행시킴에 있어 더욱 큰 용량의 RAM을 필요로 하게 만든다.
그림은 데이터가 어떤 방식으로 RAM으로 읽혀 들어가고, RAM으로부터 꺼내져 기록되는지를 설명한다. 프로그램과 데이터는 반드시 '적재'되는 과정을 거쳐 옮겨지는데, 데이터처리를 위해 보조저장장치로부터 RAM으로 이동된다. 이것을 비파괴 읽기과정이라고 하는데 즉, 프로그램과 데이터는 RAM과 같은 임시기억장소와 부저장장치와 같은 영구적인 저장장치 안으로 읽혀 들어가 머무르게 된다.
RAM 안에 있는 데이터는 프로그램지시사항에 따라 프로세서가 조작을 하게 된다. 하나의 프로그램지시사항이나 일련의 데이터들은 '번지 또는 주소(address)'라고 부르는 RAM의 특정한 한 장소에 저장된다. RAM은 여러분이 우체국에서 볼 수 있듯이 상자들이 한 줄로 늘어서 있는 것과 유사하다. RAM 안에 있는 각 바이트는 각 우편함이 숫자를 가지고 있는 것처럼, 일정한 주소를 가지고 있다. '번지'들은 프로그램지시사항을 받아들이는 동시에 데이터를 특정한 어떤 장소에 위치시키고, 접근케 하며, 또한 처리될 수 있도록 지원한다. 각 번지의 내용은 프로그램이 실행되거나 새로운 데이터가 처리될 때마다 자주 바뀌게 된다.
③ ROM, PROM, Flash Memory
ROM이라고 부르는 특별한 형태의 내부메모리는 프로그래머가 임의로 바꿀 수 없는 것이다. 비파괴기술을 적용한 ROM 안의 내용들은 영구적으로 보관되어 있으며, 동시에 그 데이터들은 단지 읽을 수 있을 뿐이다. 여러분이 마이크로컴퓨터시스템을 켰을 때, ROM 안에 있는 프로그램은 컴퓨터화면상에 어떤 명령를 받아들일 수 있는 '프롬프트' 상태로 최초 출력되게 한다.
ROM의 내용을 변동시킬 수 있도록 설계된 것이 있는데, 이것을 '프로그램이 가능한 전용기억장치 PROM>(Programmable Read Only Memory)'이라고 한다. PROM>은 사용자가 읽기전용 프로그램들과 데이터를 담을 수 있게 하는 ROM이다. 전자 스프레드쉬트와 같은 몇몇 마이크로컴퓨터소프트웨어패키지들은 교환가능한 디스크매체는 물론 PROM>장치에서도 유용하게 이용될 수 있다. 일반적으로 한번에 하나의 프로그램이 PROM> 안으로 적재되면, 그 내용이 좀처럼 변하지 않는다. ROM과 PROM>은 컴퓨터시스템내부에서 기능을 확장하는 쪽에 주로 사용된다.
플레시메모리(Flash Memory)는 최종사용자가 쉽게 내용을 변경할 수 있게 만든, 비파괴 메모리기술을 적용한 메모리의 한 형태이다. 플레시메모리는 다양한 새 입출력장치와 저장장치를 가진다는 점에서 특징이 있다. 이 장치들은 해당제조업체들이 공급하는 관련 소프트웨어를 내려받아 플레시메모리에 단순히 설치하는 것만으로 업그레이드할 수 있도록 지능적으로 설계되었다. 초기의 입출력장치와 저장장치들은 사용자가 업그레이드를 하려는 경우 구형 회로기판이나 칩을 대체시켜야만 가능하도록 설계되었다. 플레시메모리의 등장은 업그레이드에 소요되는 시간과 비용을 크게 줄일 수 있게 한다. 비파괴형 플레시메모리가 컴퓨터부문에서 더욱 큰 역할을 하려면 시모스RAM의 융통성과 속도라는 양쪽의 차이를 극복할 수 있는 컴퓨터기술이 개발되어야 한다.
3. 마이크로프로세서의 종류와 발전
중앙처리 장치(CPU)의 기능을 1개의 LSI에 탑제한 것을 말하며, 개인용 컴퓨터의 CPU(MPU)와 같은 의미로 사용되기도 한다. ALU(산술 연산, 논리 연산을 하는 회로), 레지스터(데이터의 일시 기억장치), 프로그램 카운터, 명령 디코더, 제어 회로 등의 장치가 1개의 칩(LSI)에 조립되어, CPU 가 갖는 제어 기능과 연산기능을 갖추고 있다. 1971년에 개발되고, 이후 컴퓨터의 소형화가 가능해졌다. 마이크로프로세서가 다룰 수 있는 데이터 폭은 4BIT, 8BIT, 16BIT, 32BIT, 64BIT 로 발전해 왔다. 그 대표적인 것이 미국 인텔 사의 i80286, i80386, i80486등이며 현재는 PENTIUM II 까비 발전되어 온다. 또 모토롤라 사의 68000, 68020, 68030, 68040으로 발전되어 G3칩 까지 발전된다. 위에 인텔과, 모토롤라사의 CPU 모델명을 보년 서로 다른데 이는 운영체제(OS)에도 지대한 영향역을 미쳤다.
Ⅱ. 보조기억 장치
1. 개요
모든 응용분야에서 컴퓨터시스템을 이용하기 위한 주요한 요구 중의 하나는 데이터를 저장하고 액세스할 수 있는 능력이다. 소형컴퓨터시스템의 경우, 저장 및 액세스되는 데이터의 양은 백만 혹은 수천만 문자 정도이지만, 대형컴퓨터의 경우는 수십억 문자를 저장하고 액세스하는 것이 가능하다.
예를 들면, 큰 공공회사들은 모든 고객의 기록들이 저장되어 지불액이나 청구서에 대한 질문에 응답할 수 있도록 요구한다. 따라서 가끔 2차 기억장치라고도 불려지는 보조기억장치는 데이터처리시설에서 대단히 중요한 부분이 된다. 왜냐 하면 저장된 데이터에 액세스하지 않고서는 데이터처리가 불가능하기 때문이다.
컴퓨터시스템에서 사용되는 보조기억장치를 조사할 때 두 가지 주요 고려사항이 있다. 첫번째 고려사항은 데이터가 저장되는 매체의 형태이다. 다음 표의 보조기억장치의 종류 중 현대 컴퓨터시스템에서는 자기테이프와 자기디스크가 컴퓨터에서 수행되는 프로그램이 액세스할 수 있도록 데이터를 저장하는 주된 매체로 이용되고 있다.
두번째 고려사항은 데이터가 구성되고 액세스되는 방법이다. 데이터가 구성되는 방법으로는 순차적구성(sequential organization), 상대적 혹은 직접적구성(relative or direct organization)과 인덱스된 구성(indexed organization)이 있고, 구성된 데이터에 액세스하는 방법으로는 순차 액세스(sequential access)와 임의 액세스(random access)가 있다. 구성과 액세스방법의 적당한 선택은 응용분야에서 데이터를 가장 효율적으로 처리할 수 있도록 한다. 이 장에서는 컴퓨터시스템의 보조기억장치를 위해 사용되는 매체와 사용을 극대화할 수 있도록 데이터를 구성하고 액세스하는 방법을 조사해 보기로 한다.
2. 보조기억 장치의 종류
1) 자기테이프
자기테이프는 1950년 초에 데이터를 저장하기 위해 처음으로 사용되었는데, 테이프는 유연성이 있는 금속으로 만들어져 릴(reel) 위에 놓여졌다. 그 금속은 얇은 철판으로 도금되었으며, 데이터가 연속적으로 작은 자화점들로서 저장되도록 하였다. 테이프는 데이터저장의 밀도가 높았지만, 금속으로 되어 있어 무거운 탓에 보편화되지 못했다. 이 금속테이프의 초창기 릴들이 대량의 데이터를 저장할 수 있었지만, 테이프를 이용한 처리가 널리 받아들여진 것은 과학자들이 매우 얇고 유연성 있는 플라스틱테이프를 만든 이후부터이다. 산화물로 칠해진 테이프는 성공적인 것으로 판명되어 곧 컴퓨터산업에서 보편적으로 받아들여졌다.
다음 그림은 IBM사에 의해 개발된 첫번째 자기테이프 구동기 중의 하나이다. 이 구동기는 여분의 테이프를 진공상태의 관 속에 넣음으로써 테이프가 파열되지 않고 신속히 시동 또는 정지될 수 있게 하였다. 아래와 같은 초창기 테이프 구동기(tape drive)가 테이프에 데이터를 읽고 쓰기 위해 많이 개발되었는데, 1950년도와 1960년초 자기테이프는 대량의 데이터를 저장하는 주요한 방법이었다. 오늘날도 여전히 중요한 형태의 보조기억장치로서 아주 소형화되고 경량화되었으며, 자기테이프 사용이 거의 자동화된 상태이다. 이러한 자기테이프의 종류는 크게 릴테이프와 카트리지 테이프가 있는데 대용량의 저장을 위해서는 카트리지 테이프가 주로 사용되고 있다.
2) 자기디스크
초기의 모든 데이터처리시스템은 데이터를 순차적으로 처리하는 일괄시스템이었다. 이시스템의 경우 자기테이프로 충분했으나, 1950년대 중반에 보조기억장치에 저장된 데이터를 직접 액세스할 필요성이 인식되었다. 비행기나 호텔예약과 같은시스템에서는 데이터가 매우 짧은 시간에 검색할 수 있도록 저장되어야 한다. 이 요구를 충족시키기 위해 직접액세스 저장장치(Direct-Access Storage Device:DASD)라고 불리는 자기디스크기억장치들이 개발되었다. 최초의 자기디스크중의 하나는 1955년 IBM사에 의해 운용되기 시작했는데, RAMAC(RAndoM Access)라고 불리는 이 장치는 50개의 고정된 디스크판으로 구성되고 지름이 대략 2피트 정도에 달한다.
현재 자기디스크장치는 크게 두 종류로, 이 판들은 축을 기준으로 빠른 속도로 돌며 읽기/쓰기 헤드를 내장하고 있는 액세스 암(access arm)이 각 디스크면 사이를 위와 아래 혹은 안과 밖으로 움직여 데이터를 검색하거나 디스크표면에 데이터를 저장하게 되는데, 전체적으로 디스크장치는 5백만 문자를 저장할 수 있었다. RAMAC가 소개된 이래 디스크저장장치의 크기, 저장할 수 있는 데이터의 양, 데이터가 저장되고 검색될 수 있는 속도 등에서 많은 발전을 이룩하게 되었다.
3) 플로피디스크
플로피디스크는 산화철로 코팅된 편평하고 둥근 플라스틱으로 구성되어 있으며, 동시에 얇은 플라스틱이나 비닐막이 바깥을 감싸고 있다. 플로피디스크드라이브는 데이터를 플로피디스크에 기록하고 읽어내는 장치이다. 이 드라이브는 디스크를 회전시키는 모터를 가지고 있으며, 이 디스크회전장치는 디스크표면의 한 위치에 기록되어 있는 데이터를 읽고 쓸 수 있도록 헤드를 안이나 바깥으로 이동시키는 역할을 한다.
이와 같은 디스크의 탄력성은 헤더로 해금 데이터를 순차적으로 읽어내기 보다는 임의적으로 데이터에 접근할 수 있게 하는 대단히 중요한 역할을 담당한다. 달리 말하자면, 플로피디스크의 헤드는 데이터가 저장되어 있는 표면의 어느 한 점에서 다른 한곳까지 이동할 때, 데이터를 스캐닝하지 않고 직접 건너뛸 수 있도록 한다는 것이다.
때로 디스켓(diskette)이라고도 부르는 플로피디스크는 분당 300번씩 회전한다(300RPM). 따라서 플로피디스크가 읽기/쓰기 헤드를 움직이면서 디스크표면의 원하는 어느 위치까지 가는 데 걸리는 시간의 총량은 한번 회전하는 데 걸리는 시간만큼 소요된다. (약 1/5초 정도)
헤드가 가장 멀리 이동하는 경우는 디스크의 중앙에서 바깥 가장자리로 움직일 때이다. 이 헤드가 가장 바깥쪽에서 다른 한 곳까지 이동할 때 소요되는 시간은 약 1/6초 정도이다. 하지만 이와 같은 두 가지 움직임은 동시에 발생하기 때문에 플로피디스크상의 주어진 어느 한 위치까지 이동할 때, 실제로는 약 1/5초 가량 소요된다.
1970년대 후반부터 1980년대까지, 플로피디스크는 소형컴퓨터에서 가장 널리 쓰이는 저장장치로 채택되어왔다. 프로그램들과 데이터는 플로피디스크에 저장되었다. 만일 여러분이 문서편집프로그램으로 간단한 메모를 작성하는 경우라면, 제일 먼저 플로피디스크드라이브에 프로그램디스크를 삽입하고, 컴퓨터로 하여금 프로그램을 실행시키도록 명령할 것이다. 이 때 문서편집프로그램이 실행되면, 키보드를 가지고 메모를 입력하게 된다. 타이핑을 하는 동안 작성되는 메모는 RAM에 저장된다. 메모입력작업을 완료하면 여러분은 그 메모를 다른 플로피디스크에 보관할 것이다.
만일 플로피디스크드라이브가 하나만 장착된시스템을 사용한다면, 여러분은 프로그램디스크를 데이터디스크로 교체할 것이다. 만일 여러분이 두개의 플로피디스크드라이브를 사용한다면, 여러분은 디스크를 교환할 필요 없이, 데이터디스크에 데이터를 보관할 수 있도록 컴퓨터에게 명령만을 내리게 될 것이다.
플로피디스크기반의 컴퓨터들이 이런 일들을 원만하게 수행할지라도 사용자의 입장에서는 다소 번거롭다고 할 수 있다. 따라서 컴퓨터사용자들은 더욱 편리한시스템을 이용하려는 욕구를 갖게 되었다.
여기에 대한 해답이 바로 하드디스크이다. 초기에 출현한 하드디스크는 오늘날의 모델에 비해, 단 몇 개의 프로그램들과 수백개의 화일들만을 저장할 수 있었다는 점에서 난쟁이에 지나지 않았다. 하지만 오늘날에는 플로피디스크를 전혀 사용하지 않더라도(백업 화일의 경우는 제외함) 하루의 모든 데이터들을 저장할 수 있는 정도에 이르고 있다.
이와 같은 장점에도 불구하고, 하드디스크들은 플로피디스크와 완전히 분리될 수 있도록 만들어지지 않았다. 플로피디스크들은 하드디스크에는 적합하지 않은 대단히 다양한 작업에 활용되고 있다. 가장 범용적인 플로피디스크 사용현황은 다음과 같다.
① 통신하드웨어로 연결되지 않은 컴퓨터들 사이의 화일이동
②시스템으로 새 프로그램들을 탑재
③ 데이터나 프로그램백업, 하드디스크에 저장된 데이터들 중 가장 중요한 것들을 복사
4) 하드디스크
오늘날 하드디스크는 모든 컴퓨터에서 가장 보편적으로 활용되는 중요한 저장장치이다. 하드디스크는 많은 양의 데이터를 저장할 수 있다는 것 때문에, 소위 대용량저장장치라고도 부른다. 물론 대용량저장장치용으로는 테이프, 광 디스크따위가 있다.
우리가 플로피디스크를 먼저 다룬 까닭은 이 저장매체가 하드디스크의 선조이기 때문이다. 하지만 가장 중요한 이유는, 플로피디스크를 이해하는 것이 하드디스크를 보다 쉽게 이해할 수 있기 때문이다.
물리적인 형태로 살펴보면, 하드디스크는 플로피디스크와 완전히 다르다. 하드디스크는 한 개의 회전축에 여러 개의 금속접시를 겹겹이 쌓아 놓은 모양이다. 각 접시는 산화철로 코팅되어 있으며, 동시에 전체 장치는 하나로 봉인된 방 안에 놓여진 용기모양을 하고 있다. 디스크와 드라이브가 분리되어 있는 플로피디스크와는 달리, 하드디스크드라이브 또는 하드드라이브는 전체가 커다란 하나의 장치이다. 이것은 하드디스크와 접시를 돌리는 회전모터, 그리고 일련의 읽기/쓰기 헤드 등을 포함하고 있다.
일반적으로 하드드라이브로부터 하드디스크를 제거하지 못하도록 되어 있다. 이것은 디스크와 드라이브가 전체적으로 하나로 구성된 장치임을 말하는 것이다. 하지만 몇몇 제조업체들은 이들을 분리한 '휴대용하드디스크'를 제작한다.
하드디스크는 이용상의 편리함 때문에 소형컴퓨터분야에서는 가장 널리 사용되는 저장장치로 자리잡았다. 속도와 용량에서 플로피디스크를 훨씬 능가하고 있다. 3½인치 플로피디스크는 한번에 1.44MB 크기의 데이터를 저장할 수 있지만, 현재에는 윈도우즈95(WINDOWS 95) 운영환경에서 2.5GB 이상의 하드디스크를 이용하는 추세이다.
물리적인 면에서 플로피디스크와 하드디스크를 가장 차별화시키는 요소가 있다면, 바로 하드디스크가 딱딱하다는 점이다. 플로피디스크가 유연한 플라스틱을 사용하는 반면, 하드디스크는 주로 알루미늄과 같은 금속으로 제조된다. 하드디스크는 평판이 회전할 때마다, 플로피디스크처럼 평판이 이탈되지 않도록 견고하게 설계되어 있으며, 특히 핀이 디스크상의 위치를 대단히 정밀하게 찾아낼 수 있도록 구성되어 있다.
참고로 하드디스크들은 내부가 압축진공상태로 봉인되어 있다. 이것은 헤드로 해금 디스크표면 사이를 더욱 가깝게 만들고, 동시에 더욱 정밀한 상태로 만드는 데 목적이 있다. 만일 이러한 하드디스크표면에 먼지, 머리카락 등의 불순물이 붙게 되면 헤드와 디스크사이에 장애가 발생한다. 이것을 '헤드충돌(head crash)'이라고 하는데, 이러한 장애는 디스크상에 헤드가 접촉할 때 문제를 야기시키는 것으로써, 충돌이 발생하는 영역에 저장되어 있는 데이터를 파괴하는 것은 물론, 읽기/쓰기 헤드를 망실시켜 버린다.
하드디스크가 플로피디스크보다 더 많은 데이터를 저장할 수 있게 하는 가장 중요한 이유는, 하드디스크가 여러 개의 평판들로 구성되어 있기 때문이다. 따라서 거기에 필요한 기계상의 정밀함과 저장공간상의 영역증가가 뒤따르기 때문이다. 또 다른 이유로는 자기 기술을 들 수 있다. 이 기술은 하드디스크의 기능을 눈부시게 발전시켜 왔다. 즉, 대단히 높게 강화된 내연성과 구성상의 내구성은 하드디스크로 해금 플로피디스크보다 10배(1초당 3,600회전)나 빠른 속도로 데이터를 처리할 수 있도록 하였다.
어떤 하드디스크 들은 1초에 5,400번이나 회전하는 것도 있다. 한편 플로피디스크하나가 74/10,000인치의 간격으로 떨어진(1인치당 135트랙) 80개의 트랙들을 가지고 있는 반면, 하드디스크는 1인치 안에 1,000개 이상의 트랙을 압축할 수 있도록 설계되어 있다.
하드디스크가 여러 개의 평판을 가지고 있다는 것을 알고 있을 것이다. 이것은 곧 2개 이상의 면을 갖고 있다는 것을 뜻한다. 0과 1번 면은 물론, 여기에 2, 3, 4 등의 면이 존재한다는 것이다. 어떤 하드디스크드라이브는 12개 이상의 디스크들을 가진 것도 있다. 하지만 디스크의 양쪽면을 항상 사용하는 것은 아니다.
하드디스크에 있어서, 디스크가 사용하는 면의 숫자는 헤드의 숫자에 따라 결정된다. 예를 들면, 특별한 용도의 하드디스크드라이브는 반드시 12개의 평판(즉, 12면)을 갖도록 되어 있지만, 단지 10개의 면만이 저장시 사용될 뿐이다. 나머지 2면은 주로 디스크의 최상위와 최하위면을 지칭한다.
하드디스크는 실제로 평판을 겹겹이 쌓아올린 것으로, 디스크면을 횡단하는 동일한 트랙들을 실린더(cylinder)라고 부른다. 예를 들면 디스크상의 트랙 0번은 0번 실린더에 해당한다. 플로피디스크처럼 하드디스크들은 일반적으로 한 개의 섹터 안에 512바이트의 데이터를 저장할 수 있다. 하지만 하드디스크자체의 높은 보정성(허용오차의 범위) 때문에 1개 트랙에 더 많은 섹터를 가질 수 있다. 단 54, 63, 또는 어떤 섹터들은 일반적으로 사용되는 것이 아니다.
하드디스크의 저장능력을 계산하는 방법은 플로피디스크와 동일하다. 다만 그 수치에서 더 클 뿐이다.
5) 광저장장치
지난 몇년 동안 기술계는 자기디스크와 테이프저장매체와는 완전히 다른 광레이저 디스크기술을 비약적으로 발전시켰다. 이 기술은 자기저장매체에서 사용하는 읽기/쓰기 헤드를 두 개의 레이저로 대체시켜 버렸다. 이들 중 한 개의 레이저광은 디스크안에서 대단히 세밀한 구멍을, 점수를 기록하듯 기록함으로써 표면에 데이터를 기록하며, 나머지 레이저광은 빛에 반응하는 기록면으로부터 데이터를 읽어낸다. 레이저광은 광 디스크의 원하는 한 위치로 광선을 쉽게 편향시킴으로써 기계적인 '접근용 팔'을 무용지물로 만들었다.
광기술은 새롭고 신나는 응용 프로그램의 세계를 만들어냈다. 이미 이 기술은 오늘날의 전자도서관설립에 주요하게 적용되고 있다. 광기술을 이용함으로써 원격지들간에 전자적인 형태로 전자책을 교류함으로써 서로간의 지식을 쉽게 나눌 수 있게 된 것이다. 향후에는 책을 대출하는 행위도 완전히 사라지게 될 것이다.
광레이저 디스크는 사용자들로 해금 저장방식에 있어서 선택의 폭을 넓혀 주었다. 이 매체는 환경상의 불안정에 덜 민감하다. 동시에 자기디스크보다 훨씬 경쟁력있는 가격으로 데이터를 저장하고 직접 접근할 수 있는 기능을 제공한다. 광레이저 디스크기술은 여전히 완전히 안정화된 기술로 자리잡지는 못했다.
6) 대량기억장치(mass storage device)
자기테이프나 자기디스크외에 특별한 능력을 갖는 또다른 형태의 장치들이 보조기억을 위해 이용되고 있다. 이 장치들 중의 하나가 IBM 3850 대량기억장치로 매우 많은 양의 데이터에 대해 온라인액세스를 제공해 준다. 이 IBM 3850은 771인치의 자기테이프를 수용하기 위해 대략 지름이 2인치이고, 길이가 4인치인 원주형의 통을 사용하는데, 각 통에 있는 테이프는 일부 IBM디스크팩에서 볼 수 있는 것과 비슷한 양식으로 5,000만 개의 문자를 저장할 수 있다.
데이터를 저장하는 통들은 벌집과 같은 모양의 칸에 저장되며, 통에 저장된 데이터를 액세스하기 위해서는 원주통이 각 칸으로부터 추출되고 통에 있는 데이터가 자기디스크에전송된다. 통을 꺼내서 데이터판독장치에 놓는 시간은 3초에서 8초 사이이다. 통이 판독위치에 놓여진 후 디스크로 데이터를 보내기 시작하는 시간은 약 5초가 소요된다. 이들 대량기억장치는 대량의 데이터가 액세스되어야만 하고, 액세스 시간이 중요하지 않은 분야에서 유용하게 사용된다.
보조기억장치에서 가장 새롭고 희망적인 발전 중의 하나는 자기버블메모리(magnetic bubble memory)이다. 버블메모리는 인조가네트(garnet)의 얇은 수정판막 위에 형성된 조그마한 자기버블들로 구성된다. 이 버블들은 단지 크기가 0.0001cm 정도로 엷은 막 위를 움직일 수 있으며, 버블의 존재유무가 한비트(bit)의 'off' 혹은 'on'을 나타내기 위해 사용된다.
버블메모리에 저장된 데이터는 메모리에 전원이 꺼졌을 때도 유지되기 때문에 보조기억장치로서 사용될 수가 있다. 버블메모리는 수백만비트의 데이터를 저장할 수 있고, 데이터를 매우 빠르게 액세스할 수 있어, 그 사용이 점점 증가되어 장래에는 보조기억장치로써 디스크를 보완 또는 대체할 것으로 기대된다.
3. 보조기억장치의 발전추세
저장은 곧 돈이다. 여러분이 물질적으로 얼마나 많은 금액을 소유하였든 간에, 여러분은 더 많은 돈을 원할 것이다. 기존의 보조저장장치를 개선한 새로운 저장장치들이 매년 등장하면서 데이터저장에 대한 사용자들의 열망에 부응하려는 모습을 보이고 있다.
어떤 과학자들은 홀로그래픽기술이 사용자들이 요구하는 모든 저장장치들을 가져다 줄 것이라고 믿고 있다. 홀로그래픽 메모리시스템은 기록면에 데이터를 겹겹이 쌓아올릴 수 있도록 장려한다. 서로 다른 각 레이어들은 레이저광의 각도 변화에 따라서 데이터를 읽을 수 있다. 홀로그래픽 메모리시스템은 세계 최대의 사전인 브리태니커백과사전을 어느 한 장소 안에 모아 동전보다 얇은 두께로 그 데이터를 저장하게 될 것이다.
만일 비파괴칩기술이 기존의 추세처럼 발전된다면, 브리태니커백과사전 전체는 가까운 미래에 8개의 작은 칩 안으로 들어가게 될 것이다. 플레시메모리칩들은 대중적인 활용 국면을 맞고 있다. 최근에 등장한 플레시메모리기술은 기존의 최대 플레시메모리보다 16배나 큰 저장능력을 갖추고 있다.
30MB 플레시메모리칩은 휴대용 PC의 하드드라이브를 대체할 움직임을 보이고 있다. 언젠가는 PC에 있어서 유일하게 이동할 수 있는 부분은 키보드, 마우스, 그리고 냉각팬 정도만 될 것으로 보인다. 금세기말이면 1GB급의 플레시메모리가 PC에 장착될 것임은 의심의 여지가 없다.
더욱 많은 정보를 더욱 작아진 공간에 저장할 수 있게 된다면, 과연 어떤 일이 발생할 것인가? 이것은 마치 과거의 손목시계처럼 비디오폰이 닳아 없어져 버리는 것과 같은 의미이다. 이것은 장차 여러분들의 앞주머니 안에 넣은 디스켓처럼, 모든 대학전공서적들을 담아 옮길 수 있다는 것을 말한다. 우리는 20세기 말이면 저장기술이 또 한번의 도약기를 맞이할 것으로 본다. 그 도약은 우리가 무슨 일을 할 것인가, 어떻게 일할 것인가라는 측면에서 모든 것을 변화시킬 것이다.