자기 저장

이 글은 검증을 위해 인용구가 추가로 필요하다. 신뢰할 수 있는 출처에 인용문을 추가하여 이 기사를 개선할 수 있도록 도와주십시오. 공급되지 않은 재료는 도전하여 제거할 수 있다. 출처 찾기: "자기 저장" – 뉴스 · 신문 · 책 · 학자 · JSTOR (2012년 10월) (이 템플릿 메시지를 제거하는 방법과 시기 학습)

자기 저장 또는 자기 기록은 자기화된 매체에 데이터를 저장하는 것이다.자기 저장소는 데이터를 저장하기 위해 자화 가능한 물질에 다른 패턴의 자기화를 사용하며 비휘발성 메모리의 일종이다.정보는 하나 이상의 읽기/쓰기 헤드를 사용하여 액세스된다.

주로 하드디스크인 자기 저장 매체는 오디오와 비디오 신호뿐만 아니라 컴퓨터 데이터를 저장하는 데 널리 사용된다.컴퓨팅 분야에서는 자기 저장(magnetic storage)이라는 용어를 선호하고, 오디오·비디오 제작 분야에서는 자기 녹음(magnetic recording)이라는 용어를 더 많이 사용한다.그 구별은 덜 기술적이고 더 선호의 문제다.자기 저장 매체의 다른 예로는 플로피 디스크, 자기 테이프, 신용 카드의 자기 줄무늬 등이 있다.

역사

와이어 녹음 형태의 자기 저장장치는 1888년 9월 8일자 일렉트릭 월드에서 Oberlin Smith에 의해 공개되었다.^[1]스미스는 1878년 9월에 특허를 출원했으나 그의 사업이 공작기계였기 때문에 그 아이디어를 추구할 기회를 찾지 못했다.처음으로 공개적으로 입증된 1900년 파리 자기 기록기는 1898년 발데마르 폴센에 의해 발명되었다.폴센의 장치는 드럼을 감싼 철사에 신호를 녹음했다.1928년 프리츠 플루머는 최초의 자기 테이프 레코더를 개발했다.초기 자기 저장 장치는 아날로그 오디오 신호를 녹음하도록 설계되었다.컴퓨터와 현재 대부분의 오디오 및 비디오 자기 저장 장치는 디지털 데이터를 기록한다.

구형 컴퓨터에서는 자기장 저장장치가 자석 드럼, 또는 코어 메모리, 코어 로프 메모리, 박막 메모리, 트위스터 메모리 또는 버블 메모리의 형태로 1차 저장용으로 사용되기도 했다.현대의 컴퓨터와 달리, 자기 테이프는 2차 저장에도 자주 사용되었다.

디자인

정보는 자기 표면 위로 매우 가까이(흔히 수십 나노미터) 작동하는 읽기-쓰기 헤드라는 장치를 지나 저장 매체에 기록되고 읽힌다.읽기-쓰기 헤드는 그 바로 아래에 있는 물질의 자기화를 감지하고 수정하는 데 사용된다.두 개의 자기 극성이 있는데, 각각 0이나 1을^{[citation needed]} 나타내기 위해 사용된다.

자기 표면은 개념적으로 자기 영역이라고 하는 많은 작은 서브마이크로미터 크기의 자기 영역으로 나뉘는데, 각 영역은 엄밀한 물리적 의미에서 자기 영역이 아니지만, 각각은 대부분 균일한 자기화를 가지고 있다.자성 물질의 다결정성 때문에 이들 자성 영역은 각각 수백 개의 자성 알갱이로 이루어져 있다.자기 알갱이는 일반적으로 크기가 10nm이며 각각 하나의 진정한 자기 영역을 형성한다.각 자기 영역은 모두 자기장을 생성하는 자기 쌍극자를 형성한다.구형 하드 디스크 드라이브(HDD) 설계에서는 지역을 디스크 표면에 수평으로 평행하게 배치하였으나, 2005년부터는 보다 가까운 자기 영역 간격이^{[citation needed]} 가능하도록 방향을 수직으로 변경하였다.

구형 하드 디스크 드라이브는 자성 물질로 철(III)산화물(FeO₂₃)을 사용했지만, 기존 디스크는 코발트 기반 합금을 사용한다.^[2]

데이터의 신뢰성 있는 저장을 위해 기록 재료는 자기 영역이 서로 밀어낼 때 발생하는 자기화에 저항할 필요가 있다.약하게 자성이 가능한 물질에 너무 가깝게 쓰여진 자기 영역은 이러한 힘을 없애기 위해 하나 이상의 도메인의 자기 모멘트가 회전하기 때문에 시간이 지남에 따라 성능이 저하된다.도메인은 도메인의 가독성을 약화시키고 자기 스트레스를 완화시키는 중간 위치로 옆으로 회전한다.

쓰기 헤드는 강한 국부 자기장을 생성하여 지역을 자화하며, 읽기 헤드는 지역의 자화를 감지한다.초기 HDD는 전자석을 사용하여 지역을 자화시킨 다음 전자파 유도를 사용하여 자기장을 판독했다.이후 버전의 유도 헤드는 MIG(Metal In Gap) 헤드와 박막 헤드를 포함했다.데이터 밀도가 증가함에 따라 자기저항(MR)을 이용한 읽기 헤드가 사용되었고, 플래터의 자력 강도에 따라 머리의 전기 저항이 변경되었다.후기 개발은 스핀트로닉스를 사용하였고, 읽기 헤드에서는 자기저항 효과가 이전 유형보다 훨씬 컸으며, "거인" 자기저항(GMR)으로 불렸다.오늘날의 헤드에서 읽기 및 쓰기 요소는 분리되어 있지만 근접하게 액추에이터 암의 헤드 부분에 있다.읽기 요소는 일반적으로 자기 저항성이 있는 반면 쓰기 요소는 일반적으로 박막 유도성이다.^[3]

머리는 플래터에 매우 가까운 공기로 플래터 표면에 닿지 않도록 한다. 그 공기는 플래터 속도 또는 그 근처에서 움직인다.레코드와 재생 헤드는 슬라이더라는 블록에 탑재되어 있고, 플래터 옆 표면은 겨우 접촉이 되지 않도록 형태를 하고 있다.이것은 일종의 공기 베어링을 형성한다.

자기 녹음 클래스

아날로그 녹화

아날로그 기록은 주어진 물질의 잔존 자화도가 적용된 영역의 크기에 따라 결정된다는 사실에 기초한다.자성 물질은 일반적으로 테이프의 형태로 되어 있으며, 그 빈 형태의 테이프는 처음에 자석화된다.녹음할 때 테이프는 일정한 속도로 작동한다.쓰기 헤드는 신호에 비례하는 전류로 테이프를 자화한다.자기화 분포는 자기 테이프를 따라 달성된다.마지막으로 자석의 분포를 판독하여 원래의 신호를 재현할 수 있다.마그네틱 테이프는 일반적으로 폴리에스테르 필름 테이프에 플라스틱 바인더에 자분(약 0.5마이크로미터 크기)을 넣어 만든다.이산화크롬, 코발트, 그리고 후에 순수한 금속 입자도 사용되었지만, 이것들 중 가장 일반적으로 사용된 것은 산화제였다.아날로그 녹음은 오디오와 비디오 녹음의 가장 인기 있는 방법이었다.그러나 1990년대 후반 이후 디지털 녹음으로 인해 테이프 녹음의 인기가 떨어졌다.^[5]

디지털 녹음

아날로그 기록에서 자기화 분포를 생성하는 대신, 디지털 기록에는 두 가지 안정된 자기 상태, 즉 이력 루프의 +Ms와 -Ms만 있으면 된다.디지털 기록의 예로는 플로피 디스크와 하드 디스크 드라이브(HDD)가 있다.테이프에서도 디지털 녹음 작업이 진행되었다.그러나 HDD는 합리적인 가격에 우수한 용량을 제공하며, 쓰기(2020년) 시 소비자용 HDD는 GB당 약 0.03달러에 데이터 스토리지를 제공한다.

HDD의 기록 미디어는 정보를 저장하기 위해 얇은 필름들을 사용하고, 미디어에서 정보를 읽고 쓰는 읽기/쓰기 헤드를 사용한다. 사용 재료 영역에서 다양한 개발이 이루어지고 있다.^[6]

자기 광학 기록

자기 광학 레코딩 쓰기/읽기.글씨를 쓸 때 자기 매체가 레이저에 의해 국소적으로 가열되기 때문에 강압장의 급격한 감소를 유도한다.그런 다음 작은 자기장을 사용하여 자성을 전환할 수 있다.독해과정은 자기광학 커 효과에 기초한다.자성 매체는 전형적으로 비정형 R-Fe-Co 박막(R은 희토류 원소임)이다.자기 광학 녹음은 그다지 인기가 없다.한 유명한 예는 소니가 개발한 미니디스크다.

도메인 전파 메모리

도메인 전파 메모리를 버블 메모리라고도 한다.기본 아이디어는 미세 구조가 없는 자기 매체로 도메인 벽 운동을 제어하는 것이다.버블은 안정된 원통형 영역을 말한다.그런 다음 버블 도메인의 존재/부재에 의해 데이터가 기록된다.도메인 전파기억은 충격과 진동 불감증이 높아 주로 우주와 항공에 응용된다.

기술적 세부사항

접근방법

자기 저장 매체는 순차적 액세스 메모리 또는 임의 액세스 메모리로 분류할 수 있지만, 어떤 경우에는 구분이 완벽히 명확하지 않다.액세스 시간은 저장된 레코드에 대한 액세스를 얻는 데 필요한 평균 시간으로 정의할 수 있다.자기 와이어의 경우, 읽기/쓰기 헤드는 특정 시간에 기록 표면의 매우 작은 부분만 커버한다.와이어의 다른 부분에 접근하는 것은 관심 지점이 발견될 때까지 와이어를 앞뒤로 감는 것을 포함한다.이 지점에 접근하는 시간은 출발점에서 얼마나 떨어져 있느냐에 따라 달라진다.페라이트 코어 메모리의 경우는 정반대다.모든 핵심 위치는 언제든지 즉시 접근할 수 있다.

하드 디스크와 현대의 선형 뱀 테이프 드라이브는 어느 범주에도 정확히 들어맞지 않는다.둘 다 미디어 폭에 걸쳐 많은 병렬 트랙을 가지고 있으며 읽기/쓰기 헤드는 트랙 사이를 전환하고 트랙 내에서 스캔하는 데 시간이 걸린다.스토리지 미디어의 각 지점마다 액세스에 걸리는 시간이 다르다.하드 디스크의 경우 이 시간은 일반적으로 10ms 미만이지만 테이프는 100초까지 걸릴 수 있다.

코딩 방식

자기 디스크 헤드와 자기 테이프 헤드는 DC(직류)를 통과할 수 없다.따라서 테이프와 디스크 데이터에 대한 코딩 체계는 DC 오프셋을 최소화하도록 설계된다.^[7] 대부분의 자기 저장 장치는 오류 수정을 사용한다.^[7]

많은 자기 디스크는 내부적으로 어떤 형태의 런 길이 제한 코딩과 부분 반응 최대 우도를 사용한다.

현재 사용량

2021년^[update] 현재 자기 저장 매체는 하드 디스크의 컴퓨터 데이터 대용량 저장과 아날로그 테이프에 아날로그 오디오와 비디오 작업을 녹음하는 데 공통적으로 사용된다.오디오와 비디오 제작의 상당 부분이 디지털 시스템으로 옮겨가고 있기 때문에, 하드 디스크의 사용은 아날로그 테이프를 희생시키면서 증가할 것으로 예상된다.디지털 테이프와 테이프 라이브러리는 아카이브와 백업의 대용량 데이터 저장용으로 인기가 높다.플로피 디스크는 특히 오래된 컴퓨터 시스템과 소프트웨어를 다루는 데 있어서 일부 한계적인 사용을 본다.자기 저장소는 또한 은행 수표(MICR)와 신용/직불 카드(마그 스트라이프)와 같은 일부 특정 응용 프로그램에서도 널리 사용된다.

미래

터널 자기저항(TMR) 효과를 바탕으로 데이터를 자기비트에 저장하는 새로운 형태의 자기 저장장치(MRAM)가 생산되고 있다.무능, 저전력, 양호한 충격 강건성이 장점이다.개발된 1세대는 에버스핀 테크놀로지가 제작해 현장 유도 글쓰기를 활용했다.^[8]2세대는 현재 크로커스테크놀로지가 개발 중인 열보조스위칭(TAS)^[9]과 크로커스, 하이닉스, IBM 등 여러 기업이 일하고 있는 스핀트랜스퍼토크(STT) 등 두 가지 접근방식을 통해 개발되고 있다.^[10]그러나, HDD보다 작은 크기의 스토리지 밀도와 용량 주문으로, MRAM은 매우 빈번한 업데이트가 필요한 적당한 양의 스토리지가 필요한 애플리케이션에서 유용하며, 플래시 메모리는 쓰기 내구성이 제한되어 있어 지원할 수 없다.^{[citation needed]}6개의 주 MRAM도 개발 중에 있으며, 2개의 비트가 아닌 6개의 다른 비트를 가진 4비트 멀티 레벨 플래시 메모리 셀을 반향한다.^[11]

자기 저장 매체에 데이터를 쓰는 데 표준 전기로풀을 사용하지 않고 테라헤르츠 방사선을 사용할 가능성에 대한 연구도 래드부드 대학의^[12] 알렉세이 키멜에 의해 이루어지고 있다.테라헤르츠 방사선을 사용함으로써 쓰기 시간을 상당히 단축할 수 있다(표준전선을 사용할 때보다 50배 더 빠름).또 다른 장점은 테라헤르츠 방사선이 열을 거의 발생시키지 않기 때문에 냉각 요건이 감소한다는 것이다.^[13]

참고 항목

• 디지털 오디오 테이프
• 디지털 데이터 스토리지
• 디스크 저장소
• 칼크비스트 갭
• 자기저항 랜덤 액세스 메모리(MRAM)
• 자기 기록 방법:
  • 열 보조 자기 기록(HAMR)
  • 세로 자기 방식 레코딩(LMR)
  • 수직 자기 방식 레코딩(PMR) - 일명: 일반 자기 방식 레코딩(CMR)
  • SMR(Shingled Magnetic Recording)
• 마빈 카마스

참조

외부 링크

• 자기 기록의 역사 (BBC/H2G2)
• 자기 기록의 선택된 이력
• 오벌린 스미스와 마그네틱 사운드 레코딩의 발명
• UC 샌디에이고 웹사이트(CMRR)의 자기 기록의 역사.
• 자기 기록의 연대기.
• [1] "과학기자, ISSN 0036-8512 VOLUE 43 NUMBER 7 2006년 7월 "자기 기록 혁명 기술"
• "Know Your Digital Storage Media: a guide to the most common types of digital storage media found in archives". USA: University of Texas at San Antonio.