하드디스크의 역사.

	2002.10.22

PC를 포함한 모든 컴퓨터는 입력장치, 중앙처리장치(CPU), 저장장치, 출력장치로 구성된다. 그 가운데 저장장치는 대표적으로 RAM과 ROM을 주로 사용하는 반도체 저장장치, 자기를 이용한 저장장치, 레이저를 이용한 광학 저장장치가 있다. 저장장치 가운데 가장 용량이 자기를 이용한 저장장치는 가장 저렴한 가격에 비교적 빠른 속도를 내기 때문에 컴퓨터에서 없어서는 안될 정도다. 이런 자기를 이용한 저장장치로 들 수 있는 대표적인 것이 하드디스크다. 기본적인 원리는 비슷하지만 속도와 용량에서 플로피디스크는 이미 한계에 와 있기 때문에 거의 사용되지 않고 있다. 하드디스크는 용량과 입출력 인터페이스에서 많은 변화를 가져왔다. 보다 정확히 말하면 용량이 커지면서 입출력 인터페이스의 속도가 보다 빨라졌다고 할 수 있다. 인터페이스를 알면 하드디스크의 역사를 다 안다고 해도 과언이 아니다. 초기 하드디스크에서 사용된 ST-506에서 최신 시리얼 ATA까지 하드디스크의 인터페이스 변화를 모두 알아보자.

» 금속박스처럼 생겼지만 하드디스크는 이렇게 많은 부품을 필요로 하는 정밀부품이다. 입출력 인터페이스의 역사 하드디스크는 크게 EIDE(ATA) 방식과 SCSI 방식으로 나누어진다. 보급형에는 EIDE, 고급형에는 SCSI. 나름대로 자신의 위치를 지키면서 발전되어왔다. 최근 EIDE의 성능 향상으로 성능에서는 SCSI 부럽지 않은 전송률을 자랑하며 가격이 저렴한 EIDE가 널리 사용되고 있다. EIDE와 SCSI 두 방식의 역사를 살펴보자. EIDE 하드디스크의 효시 ST-506과 MFM, RLL XT와 AT가 인기를 끌던 시절에는 플로피디스크만으로 구동되는 PC를 많이 볼 수 있었다. 고급형이라 불리던 PC에는 하드디스크란 것이 달려있어 플로피디스크가 없이 빠르게 구동되었다. 5MB에서 20MB의 하드디스크로 플로피디스크 수십 장에 해당하는 용량을 하나의 드라이브로 사용할 수 있었다. 이때 처음 등장한 인터페이스가 ST-506이었다. ST-506은 시게이트에서 만든 하드디스크의 인터페이스이기 때문에 인터페이스 카드와 하드디스크는 같이 판매되었다. ST-506을 개선한 ST-412가 등장했지만 인기를 끌지 못하고 그 자리를 MFM과 RLL에 내주게 된다. ST-506과 ST-412는 당시로서는 빠른 속도를 자랑했지만 152MB라는 물리적 제한이 있기 때문에 고용량 하드디스크에서는 사용되지 못했다. 보다 입출력 속도를 개선한 것이 바로 MFM과 RLL 방식이다. 하지만 이것도 얼마 가지 못하고 ATA(AT-BUS, IDE)에 그 자리를 내주게 된다. 한때 맥스터에서 개발한 ESDI가 사용되기도 했지만 표준으로 정착하지는 못했다. 표준으로 장착한 최초의 하드디스크 인터페이스 IDE ATA(AT Attachment)는 SSF(Small Form Factor) 위원회에서 표준규격으로 정한 하드디스크 인터페이스다. IDE(Integrated Drive Electronics)는 하나의 규격이 아니라 하드디스크 컨트롤러를 하드디스크에 내장한 방식 자체를 의미한다. 이 둘은 다른 의미를 가지고 있지만 ATA 규격을 그대로 IDE가 따랐기 때문에 ATA와 IDE는 같은 의미로 사용되었다. IDE에는 8비트 XT를 위한 XT IDE, 16비트 AT를 위한 ATA IDE, MCA 버스를 지원하는 MCA IDE가 있다. 대부분 16비트 AT에 하드디스크를 장착했기 때문에 AT-BUS를 지원하는 ATA IDE만 주로 사용되었다. 이런 이유 때문에 IDE 방식은 AT-BUS 하드디스크 또는 ATA 하드디스크로 불리게 된다. IDE 방식은 초기에는 4.3MB/sec의 전송률을 보였다. 보다 성능을 개선해서 8.3MB/sec의 전송률을 가지게 된다. 용량도 개선해 최대 504MB를 지원하며, 2개까지 달수 있다. 당시 IDE는 이전의 방식에 비해 획기적으로 개선된 전송률과 용량을 가지고 있었던 것이다. IDE를 획기적으로 개선한 EIDE PC에서 사용되는 데이터의 크기가 커지면서 504MB의 하드디스크로는 감당 할 수 없게 되자 용량과 속도를 개선한 EIDE가 등장했다. 기가급 하드디스크를 최대 4개 장착할 수 있으며, 속도도 13.3MB/sec로 개선되었다. PIO 모드 4를 지원하면서 속도도 16.6MB/sec로 보다 빨라졌다. EIDE는 원래 IDE 방식에서 주도권을 가지고 있던 웨스턴디지털에서 제안한 ATAPI라는 표준 규격에 의해 만들어졌다. 하드디스크 이외에 CD-ROM 드라이브를 제조하던 업체도 이 방식을 지원하게되어 하드디스크와 CD-ROM 드라이브는 같은 인터페이스를 사용하게 된다. 원래 ATAPI는 하드디스크를 위한 인터페이스가 아니라 CD-ROM 드라이브를 위한 인터페이스로 고안되었지만 EIDE에서 ATAPI 규격을 받아들임으로서 같은 케이블에 같은 방식을 사용하게 되었다. » 하나의 컨트롤러로 4개까지의 장비를 쓸 수 있다. 시게이트가 제안한 Fast ATA2 Fast ATA2 방식은 시게이트가 EIDE에 대항해 만든 규격으로 기본적으로 EIDE와 호환성은 그대로 유지하고 있다. Fast ATA2의 속도는 기본적으로 16.6MB/sec를 지원하며, 실제 전송에서도 EIDE보다 비교적 빠르기 때문에 대부분의 하드디스크가 Fast ATA2로 출시되었다. 전송속도는 비교적 빠르지만 하드디스크만 지원하기 때문에 CD-ROM 드라이브를 사용하기 위해서는 별도의 ATAPI 컨트롤러를 장착해야만 했다. 이런 단점을 개선하고 속도를 높인 방식이 바로 울트라 ATA다. 울트라 ATA 울트라 ATA(ATA3)는 울트라 DMA 기술이 적용되었기 때문에 울트라 DMA라 불리기도 한다. 울트라 ATA는 Fast ATA2와 ATAPI 규격을 통합했기 때문에 하드디스크와 CD-ROM 드라이브를 동시에 사용할 수 있다. 울트라 ATA는 현재 사용되는 모든 하드디스크와 CD-ROM 드라이브 인터페이스의 기본규격이라 할 수 있다. SCSI에 버금가는 속도에 인터페이스의 가격이 저렴해 PC의 성능을 높이는데 가장 큰 역할을 했다고 할 수 있다. 울트라 DMA 기술의 기본적인 원리는 클록이 올라갈 때와 내려올 때 모두 데이터를 전송해 올라갈 때만 데이터를 전송하는 Fast ATA2에 비해 2배의 속도를 낸다. Fast ATA2가 최대 16.6MB/sec의 전송률을 보인다면 울트라 ATA는 그 두 배인 33.3MB/sec의 전송률을 보인다. 또한 데이터를 직접 전송하기 때문에 병목현상을 좀더 줄일 수 있다는 특징이 있다. 현재 시중에서 볼 수 있는 대부분의 하드디스크는 울트라 ATA 방식을 따르고 있다. CD-ROM 드라이브도 울트라 ATA 방식을 따르고 있으며, 울트라 ATA 방식의 속도를 두 배 높인 울트라 ATA 66이 등장하면서 울트라 ATA 33으로 구분된다. 울트라 ATA 66과 울트라 ATA 100 하드디스크의 성능 향상으로 인해 내부 전송률이 30MB/sec에 근접하게 되자 울트라 ATA로는 더 이상 속도 향상을 바라볼 수 없게 되었다. 그래서 울트라 ATA의 전송속도를 두 배 높여 울트라 ATA 66(ATA4)이 만들어졌다. 울트라 ATA 66은 데이터를 두 배 전송하기 위해 케이블을 기존의 40핀에서 80핀으로 늘려 노이즈를 줄였다. 하위 호환성도 그대로 지녀 울트라 ATA 하드디스크도 그대로 사용 할 수 있다. 울트라 ATA 66이 등장하면서 SCSI 부럽지 않은 전송송도를 지니게 된다. 울트라 와이드 SCSI의 최대 전송속도인 40MB/sec보다 빠른 66.6MB/sec의 전송률로 하드디스크의 성능을 획기적으로 개선했다. 하지만 그리 오래 가지는 못하고 바로 울트라 ATA 100에 그 자리를 내주고 만다. 울트라 ATA 66과 울트라 ATA 100(ATA5)은 기술적으로 큰 개선을 한 것이 아니다. 단지 클록을 높여 33%의 성능 향상을 꾀한 것이다. 즉 100MB/sec의 전송률을 자랑한다. 그래서 케이블 규격도 동일하다. 즉 1바이트를 전송할 때 1초가 걸린다면 이것을 0.666초로 높인 것이다. 울트라 ATA 100이 등장했지만 실제 하드디스크는 최대 50MB/sec를 넘지 못하는 실정에서 울트라 ATA 100의 등장은 크게 의미를 부여받지 못했다. 하지만 울트라 ATA 100은 하드디스크 대역폭에서 넉넉함을 갖추게 되었다. 울트라 ATA 133 기존의 울트라 ATA 100으로 만들 수 있는 최대 하드디스크 용량은 137MB다. 더 큰 용량을 만들기 위해서는 새로운 인터페이스가 필요한데, 맥스터에서 제안한 울트라 ATA 133이 그것이다. 단순히 전송률 133MB/sec로 높인 것이 아니라 하드디스크의 용량 제한도 같이 해결했다. 이런 의미에서 울트라 ATA 133은 하드디스크 전송률을 높인데 공헌했다기보다는 하드디스크의 용량 제한을 해결했다는데 초점을 맞추어야 한다. 울트라 ATA 133은 아직까지 표준이라 하기에는 어렵다. 인텔이 이 기술을 따르지 않고 있기 때문에 앞으로 어떻게 될지는 아직 미지수이지만 하위 호환성을 그대로 가지고 있다는 점에서 여러 제조사들이 당분간은 따라 갈 것으로 보인다. 시리얼 ATA 지금까지의 하드디스크 인터페이스가 패러렐(병렬) 전송 방식 택했다. 시리얼(직렬) 방식에 비해 뛰어난 전송률을 자랑했기 때문에 대용량 데이터의 전송 인터페이스로 손색이 없었다. 최근 DSP의 기술이 발전하면서 고속 시리얼 전송으로도 충분히 속도에 경쟁력을 갖추게 되었다. 쉽게 말하면 저속 패러렐 전송에 드는 비용과 고속 시리얼 전송에 드는 비용이 비슷하게 되었다는 것이다. 시리얼 전송의 장점은 인터페이스가 간단하고 속도를 높이는데 비교적 비용이 적게 든다는 점에서 차세대 인터페이스로 주목을 받고 있다. 물론 고속 패러렐 전송을 사용한다면 대용량 데이터 전송에 가장 이상적이기는 하지만 비용이 많이 드는 단점 때문에 고속 시리얼 전송 방식이 차세대 인터페이스로 채택된 것이다. 간단한 예로 USB와 IEEE 1394 모두 시리얼 전송 방식을 선택했다. 하드디스크에서도 고속 시리얼 전송 방식을 선택한 기술이 선을 보였는데 이것이 시리얼 ATA다. 처음 등장한 시리얼 ATA는 하나의 채널당 150MB/sec의 전송률을 자랑하며, 하나의 하드디스크만 지원한다. 가장 빠른 울트라 ATA 133에 비해 약 17MB/sec나 빠른 편이다. 이 정도면 차세대 인터페이스의 첫 등장치고는 뛰어나다고 할 수 있다. 속도를 두 배 높은 시리얼 ATA 300이 선보일 예정으로 있어 속도만 본다면 가히 최고의 전송 방식이라 할 수 있다. 시리얼 ATA의 등장으로 하드디스크의 케이블이 간단해졌다. 기존의 패러렐 전송의 하드디스크는 40핀이나 80핀의 케이블을 사용했지만 시리얼 ATA는 ??? 핀 케이블을 사용한다. PC내부의 선을 깔끔하게 정리할 수 있다는 점도 장점 아닌 장점으로 손꼽힌다. SCSI SCSI(Small Computer Systems Interface)는 워크스테이션이나 서버 등 고성능 컴퓨터에 사용이 되는 인터페이스다. SCSI는 고속으로 주변기기를 연결하는 인터페이스다. 특히 하드디스크와 같이 속도에 민감한 저장장치는 고속 인터페이스를 필요로 한다. 특히 CPU 점유율까지 낮아 고속 인터페이스로 손색이 없다. 고급형 하드디스크는 대부분 SCSI 방식을 채택하는 것도 다 이 때문이다. 속도와 CPU 점유율, 안정성, 연결 제한이 없다는 점에서 SCSI는 IDE에 비해 장점이 많다고 할 수 있다. SCSI-1 첫 번째 SCSI 표준안인 SCSI-1은 하나의 컨트롤러에 7개의 장치를 연결 할 수 있으며, 동기 방식은 최고 5MB/s, 비동기 방식은 최고 3MB/s까지 지원한다. 케이블의 길이는 총 6m으로 제한된다. SCSI-1이 당시의 경쟁 인터페이스인 ST-506, ESDI와의 경쟁에서 우위에 있었던 가장 중요한 장점은 멀티플 오버랩(Multiple Overlap) 기능으로 여러 가지 명령어를 동시에 사용이 가능한 것이다. 이것은 현재 표준으로 정착되어 있는 SCSI 기술중 하나이다. 하지만 표준 규격이 충분하지 못했기 때문에 호환성과 안정성에서 약간의 문제점이 있었다. SCSI-2 SCSI-1은 표준 규격의 부족한 점과 고성능의 워크스테이션과 서버에서 필요한 충분한 빠른 성능을 제공하지 못하는 단점을 가지고 있었다. 하위 호환성을 갖추면서 새로운 표준안이 필요하게 되었다. 이런 문제점을 개선한 SCSI-2는 사용자들의 관심을 끌기에 충분했다. 버스의 전송률 증가에 따른 속도 향상과 8비트에서 16비트로의 대역폭 증가는 가장 중요한 특징으로 꼽을 수 있다. SCSI-2에는 보다 넓어진 데이터 버스와 빠른 데이터 전송을 위한 1바이트 프로토콜에 대한 여러 정의들, 병렬 SCSI 커멘드 구조, 50핀 케이블 등의 다양한 연결 커넥터에 대해 설명되어 있다. 현재까지 사용되고 있는 SCSI의 기본 기술은 SCSI-2를 기반을 두고 있다고 해도 과언이 아니다. ■ Fast SCSI SCSI-2 규격의 Fast SCSI는 8비트 버스에서 최대 전송속도로 10MB/s의 전송률을 가진다. 그리고 일반적으로 Fast SCSI는 Fast-10을 지칭하는 것으로 SCSI-2 속도 단위인 MT/s(Mega Transfer per second)를 기준으로 할 때 10MT/s 속도를 낸다. 예를 들어 10MT/s는 8비트(1바이트) Narrow 버스를 사용하면 10MB/sec의 전송률을, 16비트(2바이트) Wide 버스를 사용하면 20MB/sec의 전송률을 가진다. ■ Fast Wide SCSI Wide SCSI는 Fast SCSI가 8비트인데 반해 16비트 데이터 버스를 가지기 때문에 10MT/s의 Fast-10에 적용하면 2배 속도인 20MB/s의 전송 속도를 낼 수 있다. Wide SCSI에서 16비트를 지원하며 병렬 데이터 전송을 하기 위해서는 새로운 케이블 디자인이 필요로 했으며, 이에 따라 Wide SCSI에서는 기존의 50핀 케이블이 아닌 68핀 케이블을 사용했다. SCSI-3 SCSI-2 규격이 완전히 표준으로 정착된 다음 SCSI-3 개발되었다. SCSI-3은 SCSI-2에 새로운 명령어가 추가되었으며, 기본적인 SCSI의 7개의 장치보다 더 많은 장치를 지원한다. SCSI-2에서 많은 사용자들을 괴롭혔던 터미네이션 설정 문제와 ID설정 문제가 SCSI-3에서 어느 정도 해결하였을 뿐 아니라 케이블 연결도 단순화시켰다. SCSI-3에는 울트라 SCSI 이상의 프로토콜이 포함된다. 이것은 SCSI-2 프로토콜의 발표에 앞선 1993년에 제정이 시작되었지만 아직 끝나지 않은 상태이며 계속 추가, 개량되고 있다. 1996년에 파이버채널 프로토콜과 직렬 전송을 사용하는 프로토콜(IEEE-P1394)이 추가되었고, 이에 따르는 직렬 인터페이스를 위한 명령어셋이 추가되었다. 그리고 울트라 2 SCSI에 사용되는 LVD가 포함되었고, CD-R 드라이브를 위한 명령어셋과 알고리즘이 포함된다. 계속 개량되고 있는 SCSI-3은 보다 유연한 배치를 위한 긴 케이블링과 시스템간 디바이스 공유 등을 지원하게 됨으로써 앞으로는 네트웍과 비슷한 환경을 이루는 방향으로 발전하고 있다. ■ Fast SCSI-20과 Fast SCSI-40 SCSI-3은 Fast SCSI-20/40으로 나누어진다. Fast SCSI와 16비트 와이드 인터페이스가 결합한 것으로 각각 20MB/s와 40MB/s의 전송률을 가진다. 이것은 Fast-SCSI의 2배이상의 데이터 전송속도로 주로 고속 하드디스크 등에 사용된다. Fast SCSI-20(울트라 SCSI)은 고속의 동기 전송모드로 Fast SCSI보다 두 배 빠른 20MB/sec의 전송률을 보인다. Fast SCSI-40(울트라 Wide SCSI)은 고속 하드디스크를 위한 규격으로 40MB/s에 이른다. --------------<참고>--------------------------------------------------------------------------- 울트라 SCSI 원래는 Fast SCSI-20이 정식 용어지만 울트라 SCSI로 더 많이 알려져 있다. 울트라 SCSI는 울트라 스토어(Ultra Store)사가 최초로 Fast SCSI-20 스팩을 적용한 SCSI 컨트롤러 제품명으로 ANSI 위원회에서 특정 업체의 제품명으로 표준을 정할 수 없어서 Fast SCSI-20으로 명명한 것이다. 따라서 울트라 SCSI에 대한 정식 명칭은 Fast SCSI-20이다. 울트라 SCSI의 전송률은 Fast SCSI의 2배이며, 8비트 버스에서는 20MB/s, 16비트 버스에서는 40MB/s의 전송률을 제공한다. 울트라 Wide SCSI는 울트라 SCSI를 16비트 버스로 이용하는 것이다. ------------------------------------------------------------------------------------------------ ■ 울트라 2 SCSI 울트라 2 SCSI는 SCSI 1/2와 완벽한 하위호환성을 가지면서 LVD(Low Voltage Differential)를 사용해 데이터 전송률을 울트라 Wide SCSI의 40MB/sec에서 울트라 2 Wide SCSI의 80MB/sec로 늘렸다. 케이블 길이도 12m으로 늘리고 15개의 장치를 설치할 수 있다. 또, LVD는 기존의 SE 장치와 호환성을 가지며, 센스 회로를 통하여 SCSI 버스의 타입에 따라 LVD인지 SE인지 자동으로 선택해 버스에 맞추는 기능을 제공한다. 하지만 SE기종과 LVD 기종의 버스에서 동시에 사용될 경우에는 80MB/sec 대신 40MB/sec로 낮추어서 설정된다. LVD는 기존의 3.3～5V가 아닌, 1.5V정도의 시그널을 2개의 와이어를 통해 보냄으로써 노이즈와 간섭에 대한 저항력이 증가했다. 이로 인해 버스상에서의 전송속도는 최대 80MB/sec로 늘어났으며 사용 가능한 케이블 길이가 12m으로 늘어나게 되었다. 사용 가능한 케이블의 길이가 늘어남으로써 장치들을 보다 편하게 배치할 수 있다. 최신 기술인 울트라 3 SCSI 현재 울트라 2의 두 배에 해당하는 160MB/sec와 320MB/sec의 데이터 전송률을 제공한다. 160MB/sec의 전송률을 가진 인터페이스를 울트라 160이라고 부르며, 320MB/sec의 전송률을 가진 인터페이스를 울트라 320이라 부른다. 대부분 서버나 워크스테이션에 사용되며 개인용으로는 구입하기 쉽지 않다. 인터페이스 개선보다는 내부전송률을 높이는 게 시급한 과제 가장 많이 사용되는 EIDE와 SCSI는 걸어온 역사와 성장 배경이 이렇듯 다르다. EIDE는 저렴한 가격과 성능과 안정성 모두 잡아야 했으며, SCSI는 최고의 성능과 안정성에 초점을 두었다. 최근에는 고성능 하드디스크라 하더라도 대부분 EIDE가 주류를 이루고 있어 SCSI의 입지가 점점 좁아지고 있다. 개인용으로는 EIDE, 서버나 워크스테이션과 같이 한정적으로 사용되는 SCSI로 명확히 구분되어 경계가 분명해졌다. 최근 이슈가 되고 있는 시리얼 ATA는 그 운명이 불확실하다. 분명히 전송속도에서는 빠르지만 언제 다시 한계에 부딪히면 패러렐 전송에 그 자리를 내주어야 할지 모른다. 적은 비용으로 성능을 높일 수 있다는 것은 분명히 매력적이지만 보다 빠른 것을 요구하는 사용자의 욕구를 충족시키기에는 수명이 길지는 않을 듯. 하드디스크의 한계는 입출력 인터페이스에 있다기보다는 하드디스크의 내부 전송속도에 있다고 해도 과언이 아니다. 지금까지 사용해온 자기방식은 한계를 들어내고 있으며, 단위 면적당 기록할 수 있는 용량도 서서히 한계를 보이고 있다. 아무리 입출력 인터페이스의 개선이 있다고 하더라도 내부전송률을 이제 50MB/sec 정도에 머물고 있지만 인터페이스는 이보다 빠른 150MB/sec나 320MB/sec로 훨씬 앞서나가고 있다. 성능 향상을 위해서는 인터페이스를 개선하는 것보다는 내부전송률을 높이는 게 우선이지 않을까.