하드웨어 하드디스크의 비밀아닌 비밀.

1. 왜 헤드와 플래터는 마모되지 않는가?

우리눈으로 보기에는 헤드와 플래터가 붙어서 움직이는것처럼 보이지만 실제로는 극히 미세한 높이로 떠서 움직인다.
이 미세한 높이를 눈에 보이게 설명하자면 전투기가 지상으로부터 1cm 고도에서 비행하는것과 동급인 수준이다.

나노공정으로 돌입한 현대의 전자회로가 경이롭다고 하는데, 실은 하드야말로 한참전부터 양자레벨에 돌입한 제품이다.
헤드와 플래터간의 거리는 스마트폰 표면에 묻은 지문높이의 1/20 수준이며, 담배연기의 분자가 그 사이에 들어가면 끼어버리는 정도다.

실제로 붙어서 움직이는 저장장치로는 플로피디스크(디스켓)이 있는데, 디스켓의 내구성이 약한 이유가 다름아닌 접촉식이었기 때문이다.
미디어와 리더의 물리적 마모가 불가피한 구조라서 그런것이며, 유휴시간에는 반드시 회전이 멈췄던 이유가 바로 내구성문제 때문이었다.

2. 하드디스크 내부는 진공인가?
결론부터 말하자면 아니다. 하드디스크가 외형적으로 금속하우징으로 마감이 되어있어서 그런 오해가 생긴것일 뿐이다.
위에서 얘기한대로 극히 미세한 높이로 헤드가 플래터위에 부상하기 위해서 공기대류를 이용하는데, 비행기와 원리가 같다.

또한, 하드가 작동하면서 내부온도가 상승하면 공기가 팽창하면서 기압이 높아지는 문제가 생기는데 이를 해결하기위해
하드디스크에는 숨구멍이 존재한다. 여기에는 초극세사 필터가 있어서 외부의 오염물질이 함부로 들어오지 못하게 여과된다.
이렇듯이 밀폐가 아니므로 진공상태에서는 하드디스크를 사용할 수 없다. 그런 환경에서는 다른 저장매체를 사용하는 편이다.

요즘에는 실제로 완전밀폐된 하드디스크도 존재하는데, 그것들은 헬륨충전된 제품들이다. 플래터와 헤드가 유난히 많은
최상위의 초고용량대 제품들인데 플래터를 담당하는 스핀들모터에 무리가 없도록 대류저항이 적은 기체로 헬륨을 채택한 것이다.
당연히 일반적인 공기중에는 헬륨이 없으므로 숨구멍을 만들어봤자 헬륨이 유실되기만 할테니 완전밀폐로 제작한 것이다.

3. 1번항목이 과장처럼 보인다고?
하드디스크가 얼마나 예민한지 보고가자.

클린룸에서 뚜껑열었다가 닫으면, 즉 먼지만 유입되지 않으면 고장안나는 세상은 이미 한참예전에 지나갔다.
커버를 고정하는 나사조임의 차이때문에 하드디스크 프레임의 뒤틀림에 영향이 생겨서 플래터와 헤드의 위치에 영향을 받는다.
공장에서 제품제조시에 가한 그대로의 힘으로 조여주어야 작동하는 모습을 영상에서 확인할 수 있다.
설령 어느정도로 조여야하는지 안다고해도 전문공구가 없으면 원상복구는 불가능하다. 일반인은 분해만 가능하다고 생각하자.

4. 헤드도 주차를 한다?
1번에서 얘기한대로, 하드디스크는 헤드와 플래터가 닿는순간 플래터표면이 손상되면서 배드섹터가 발생한다.
미사용중일때는 공기대류가 발생하지 않아서 헤드가 플래터에 내려앉으므로 구동을 마치기전에 헤드를 데이터영역에서 치워버린다.
이 작업을 헤드파킹이라고 부른다. 그리고 헤드가 자리잡는 장소를 파킹존이라고 부른다.

4-1. 구형 하드디스크의 파킹존
구형 하드디스크들은 플래터의 가장 안쪽의 영역을 파킹존으로 이용했다.

이유는 전송속도가 가장 떨어지는 지점이라서 그렇다.

하드디스크는 플래터회전으로 작동하며 플래터는 원형이므로 회전속도가 동일해도 플래터의 바깥부분에서 전송속도가 가장높고
안쪽으로 들어갈수록 전송속도가 떨어지는 현상이 있다. 그래서 헤드가 닿을수있는 가장 안쪽을 데이터영역으로 사용하지 않고
하드디스크의 전원이 꺼질때 헤드를 그 위치로 치워서 플래터회전이 멈췄을때 해당위치에 헤드가 안착하도록 만들었다.

이 방식의 단점은 플래터의 일부용량을 파킹존으로 사용하므로 포기해야 한다는 점,
미사용중인 상황에서 약간의 충격만으로도 헤드가 파킹존에서 탈출해서 플래터를 가로지르며 긁어버리는 경우가 있다는 점이다.
특징은 설계가 쉽다는 점이다. 별도의 장치도 없고 그냥 헤드만 플래터 안쪽으로 치우기만 하면 되니까.

4-2. 신형 하드디스크 & 모바일 하드디스크의 파킹존
신형과 모바일 하드디스크(IDE시절 구형포함)는 파킹존이 아예 플래터를 벗어나있으며, 헤드가 별도의 고정장치에 안착된다.

↑ 모바일 구형제품의 경우, 모바일이라는 특성상 충격에 대비하기위해 예전부터 이러한 방식을 이용했다. (IDE포트에 주목)

이로인해 4-1번에서 지적한 단점이 해소되었다.

파킹존이 플래터 바깥방향으로 위치한것의 장점으로는 플래터 바깥부분으로의 빠른 접근(고정장치에서 나오자마자 플래터 외곽),
구형모델보다 미사용중 충격에 강하며(헤드가 쉽게 빠지지않음), 플래터 가장 안쪽영역의 용량까지도 활용이 가능하다는 점이다.
특징은 (아주 약간의) 비용상승이다. 별도의 고정장치가 추가되며 헤드 엑추에이터의 구동범위가 넓어져야하기 때문이다.

참고비디오 :

고장난 헤드를 교체하는 비디오인데, 이 하드디스크는 구형이라 파킹존이 플래터 안쪽에 있다.

파킹존을 제외한 플래터의 다른영역에 헤드가 닿지않게 특수도구를 써서 수리하는걸 볼수있다.

4-3. 구동중에 갑자기 전원이 끊어진다면 어떻게 될까?
헤드파킹은 자동으로 되니까 걱정안해도 된다. 플래터가 돌고있던 회전에너지를 스핀들모터에서 역으로 이용하여 발전하고,
그 전력으로 헤드파킹을 한다. 헤드파킹에 걸리는 시간은 ms(밀리세컨드)단위로 짧고 전력이 적게 필요하여 가능한 일이다.

외장하드 사용자들은 이게 기계적으로 가능하다는 뜻일 뿐이지, 사용중 케이블을 그냥끊어도 된다는 말은 아니므로 오해하면 안된다.
이런 안전장치덕분에 플래터와 헤드가 기계적으로 안전할수는 있어도 예고없는 끊어짐으로 인한 소프트웨어적 오류는 별개의 문제다.

이상, 하드디스크에 대한 잘 알려지지 않은 비밀같은 정보를 알아보았다.