이 글에서는 컴퓨터를 조립하는 방법을 처음부터 끝까지 차근차근 설명해보도록 하겠습니다. 다시 말해 컴퓨터 조립 완벽 가이드를 쓰려고 합니다. 또한 단순히 부품의 조립 방법만이 아닌 컴퓨터 조립 전 후에 해야 할 일까지도 정리해 두었습니다. 이 정도 가이드면 컴퓨터를 처음 조립하시는 분도 쉽게 따라하실 수 있을 것으로 보입니다.

사실 작년에 컴퓨터 전체를 분해해며 컴퓨터 조립 가이드를 작성하려고 사진을 찍어 두었습니다. 그런데 워낙 분량이 커질 것 같아 계속해서 미루다 가이드를 작성하게 되었습니다. 또 분량이 많아 나누어 작성하려고도 했었는데 가이드의 완성도를 위해 한 글 내에 쓰기로 결정했습니다.

안타깝게도 티스토리의 게시물 당 사진 제한 갯수가 50개여서 다양한 각도에서 찍은 사진을 모두 올리지 못하고 주요 사진만 정리해서 올렸습니다. 또한 부품에 따라 약간의 차이가 있을 수 있습니다. 만약 가이드에 대한 질문이 있으시면 댓글로 해주세요. 성실하게 답변해 드리겠습니다.

컴퓨터 조립 전에

컴퓨터를 조립하시는 경우 부품 조합을 직접 맞추신 경우가 많을 것으로 생각됩니다. 물론 쉬운 일일이라고 볼 수도 있겠지만 처음 부품 조합을 맞추기는 꽤 어렵습니다. 그래서 이 부분에 대해서도 간단히 집고 넘어가려고 합니다.
부품 조합을 맞출 때 CPU 소켓, RAM의 세대 및 PCI-Express 슬롯 등을 꼼꼼이 체크하셔야 합니다. 매우 간단한 부분이지만 일단 소켓 등이 맞지 않으면 장착 자체가 불가능하고 일단 부품 주문 후 배송이 되면 부품을 교환하기가 번거롭죠. 부품 조합에서 또 한 가지 중요한 부분이 바로 파워 서플라이의 용량입니다. 이 부분은 이전에 아래 글에서 자세히 다룬 적이 있으므로 참고하시면 되겠습니다.
[Hardwares] - 파워 서플라이[Power Supply] 구매 가이드
참고로 부품 조합은 파코즈 등에 컴퓨터 하드웨어 커뮤니티에서 한번 점검받으시면 더 좋습니다. 이 게시물에 댓글로 남겨주셔도 제가 간단하게나마 점검해 드리겠습니다.

부품을 수령하셨을 때 반드시 하셔야 하는 일이 있습니다. 각 부품들이 구매한데로 왔는지 점검하셔야 합니다. 일단 부품을 개봉하고나면 잘못된 제품이 왔어도 교환받기가 힘들어집니다. 컴퓨존 등의 대형 업체에서 주문하셨을 경우 거의 안전하지만 용산의 작은 부품 업체에서 구매하신 경우 가끔 주문한 부품보다 성능이 떨어지는 부품을 배송해 그 이익을 챙기는 경우가 있습니다. 특히 RAM의 클럭이나 HDD의 모델명을 주의깊게 보셔야 합니다. HDD의 모델명의 경우에는 열개가 넘는 글자 중 하나만 달라도 버퍼 등의 용량이 차이가 날 수 있습니다.

마지막으로 컴퓨터 조립 전에 준비해야 할 물건으로는 드라이버, 케이블 타이, 칼 등이 있습니다. 케이블 타이는 보통 컴퓨터 부품 전체를 한 업체에서 구입하시면 사은품으로 줍니다. 뾰족한 부품에 손이 찔려 다치거나 손에 부품이 오염될 수 있으므로 수술용 장갑 등을 준비하셔도 좋습니다. 그리고 조립에 집중할 수 있도록 본격적인 조립 전에 부품들을 모두 점검하시고 개봉해 두시는 것이 좋습니다.

컴퓨터 조립 완벽 가이드

이제 본격적으로 부품을 조립해 보겠습니다.

컴퓨터 조립 순서를 간단히 정리하면 아래와 같습니다.
 첫번째 단계 두번째 단계  세번째 단계
 메인보드에 CPU, RAM 장착    
 파워 서플라이 장착  케이스에 메인보드 장착 케이블 연결 및 정리 
 HDD, ODD 등 장착    

즉 첫번째 단계의 3가지 항목은 순서를 지킬 필요가 없고 첫번째 단계의 항목들을 모두 완료하신 후 다음 단계로 넘어가시면 됩니다.


첫번째 단계

먼저 메인보드를 꺼냅니다. 그리고 메인보드의 좌측 상단에 보시면 정사각형 모양의 CPU 소켓이 보입니다. AMD CPU의 경우 위 사진처럼 구멍이 많으며 인텔 CPU의 경우 구멍이 없습니다.
CPU를 장착하실 때 주의하실 점은 소켓과의 방향입니다. 위 사진을 자세히 보시면 소켓 좌측 상단 꼭짓점에 삼각형 모양의 표시가 있습니다. 이 표시를 기억해 두세요.

그리고 CPU를 개봉합니다. 역시 CPU의 한쪽 꼭짓점에도 삼각형 모양의 표시가 있습니다. CPU를 소켓에 장착하실 때 이 삼각형의 표시가 같은 부분에 위치하도록 하셔야 합니다. 특히 AMD CPU의 경우 방향을 잘못 잡아 CPU를 끼울 경우 핀이 휠 수 있으니 특별히 주의하셔야 합니다.

일반적으로 소켓에 한쪽 모서리에 위 사진과 같은 CPU 고정 장치가 있습니다. CPU를 장착하시기 전에 들으셨다가 소켓에 알맞게 끼우신 후 처음처럼 내리시면 됩니다.

이제 CPU와 쿨러 사이의 효율적 열 전달을 위한 서멀 구리스를 도포해야 합니다. 보통 CPU 박스 안에 포함되어 있고 사제 쿨러에도 포함되어 있습니다. 너무 많이 사용하시지 마시고 위와 같이 X자 모양으로 짜주세요.

이제 쿨러를 장착하시면 됩니다. 쿨러를 장착하실 때 메인보드 뒷면에 먼저 가이드를 끼워주시고 그 가이드에 쿠럴를 고정하시면 됩니다. 쿨러 장착은 모델마다 너무 다양하기 때문에 제품 설명서를 참고하시는 것이 좋을 것 같습니다.

쿨러를 장착하신 후에 CPU 쿨러의 케이블을 메인보드 CPU 쿨러 포트에 연결해주세요. 보통 CPU 주위에 위치합니다. 만약 쿨러의 팬 회전 속도 조절을 위해 저항을 사용하시는 경우 메인보드 포트와 CPU 쿨러 케이블 사이에 장착하시면 됩니다.

이제 RAM을 장착합니다. RAM 슬롯은 보통 CPU 소켓 우측에 위치합니다.

RAM의 장착 방법은 간단합니다. 먼저 슬롯 양쪽 끝에 고정대 2개를 모두 끝까지 젖혀주세요. 그런 다음 RAM과 슬롯을 맞추어 세게 눌러주시면 됩니다. 고정대가 저절로 원상태로 돌아오며 딱 하는 소리가 날 때까지 눌러주세요.

정상적으로 장착이 되며 위 사진처럼 저절로 고정이 됩니다.

이제 파워 서플라이를 장착할 차례입니다. 일부 케이스는 파워 서플라이가 상단에 일부 케이스는 하단에 위치합니다.

파워 서플라이의 후면, 즉 전원 포트가 있는 곳이 뒤쪽으로 향하게 장착하셔야 합니다.

보통 케이스에 파워 서플라이 가이드가 있습니다. 그 가이드에 맞게 장착하시고 케이스 후면에서 볼트로 장착하시면 됩니다. 파워 서플라이에 선이 매우 많은데요 그 설명은 세번째 단계에서 할 것입니다.

ODD와 HDD를 장착합니다. ODD의 경우 보통 케이스 상단에 위치하는 5.25인치 베이에 장착합니다.

케이스 전면에 가이드가 있는 경우 제거하시고 케이스 앞쪽에서 ODD를 밀어 넣으시면 됩니다.
 

그리고 양쪽에서 볼트로 고정하신면 됩니다.

HDD는 일반적으로 하단에 있는 3.5인치 베이에 장착합니다. HDD는 케이스 안쪽에서 밀어 넣어 ODD와 같이 고정하시면 됩니다.

일부 고급 케이스는 슬라이드 형식으로 고정할 수도 있습니다.

혹시 SSD가 있으시다면 HDD와 같이 장착해주시면 됩니다.

이제 첫번째 단계가 끝났습니다.

두번째 단계

이제 메인보드를 케이스에 장착합니다. 그 전에 케이스와 메인보드의 외부 포트들 사이에 위치할 I/O 쉴드를 장착하셔야 합니다.

메인보드와 너무 달라붙지 않도록 뒷면의 핀들을 위 사진처럼 적당히 세워주세요.

그리고 케이스의 후면부에 장착합니다. 보통 안쪽에서 세게 밀으면 장착이 되는데 가끔 바깥쪽에서 장착해야 하는 모델도 있습니다. 일단 전체적으로 힘을 가해 케이스에 끼우신 후 각 꼭짓점을 적확히 고정시키시면 됩니다.


케이스 뒷판에 보시면 메인보드 지지대가 있습니다. 메인보드가 케이스 뒷판과 직접 접촉하는 것을 막기 위한 것입니다.

메인보드에는 볼트 구멍이 존재합니다. 만약 케이스에 지지대가 있다고 해서 메인보드의 볼트 구멍이 없는 곳에 강제로 고정하시면 누전이 되어 메인보드에 전원 공급이 되지 않을 수 있으지 주의하세요.
  

메인보드는 앞에서 장착한 I/O 쉴드에 기준으로 장착하시면 편합니다.

메인보드를 고정하시면 됩니다.

이제 그래픽 카드나 사운드 카드 등 PCI-Express 또는 PCIE 기기를 장착하셔야 합니다. 먼저 케이스 후면에 쉴드를 제거하세요. 저가 케이스에 경우 한번 제거하면 재장착이 불가능하니 신중하게 제거하셔야 합니다.

이제 PCI 슬롯을 확인하고 기기를 꽂습니다.

마지막으로 부품을 고정하시면 됩니다.

세번째 단계

이제 마지막 단계입니다. 케이블을 연결하고 정리하시면 됩니다. 조금 복잡할 수도 있지만 차근 차근 따라하시면 됩니다.

먼저 SATA 케이블입니다. SATA 케이블은 ODD, HDD 등의 저장 장치와 메인보드를 연결하는 케이블입니다.

한쪽 끝을 저장장치에 연결하세요.

반대쪽 끝은 메인보드에 연결하시면 됩니다. 주의하실 점은 주 저장 장치가 0번 포트, 보조 저장 장치가 1번 포트 순으로 연결하셔야 나중에 편합니다.

지금부터 나열할 케이블들은 모두 파워 서플라이의 케이블입니다.

먼저 가정 두껍고 큰 주 전원 케이블입니다.

보통 메인보드 상단 모서리에 위치할 포트에 꽂으시면 됩니다.

중급 이상에 메인보드는 보조 전원이 필요합니다. 보조 전원 케이블은 총 8핀으로 4핀씩 2개로 나뉘어 있습니다. 똑같은 8핀인 그래픽 카드 보조 전원 케이블은 나뉘는 방식이 다릅니다.

보통 보조 전원 포트는 주 전원 포트의 반대편에 있습니다.

위 사진과 같이 넙적한 케이블은 보조 장치의 전원 케이블입니다.

HDD와 ODD 등의 SATA 케이블 옆에 연결해주시면 됩니다.


위 케이블은 팬 등의 전원 케이블입니다.

케이스 팬과 연결하시면 됩니다. 케이스 팬에는 케이블이 2종류가 있는데요 전원 케이블은 지금 설명처럼 연결하시면 됩니다.
문제는 속도 조절 케이블입니다. 보통 메인보드 모서리에 있는 포트에 꼽으시면 되는데요 고급 메인보드의 경우 케이스의 팬 속도 조절 케이블과 연결하시면 됩니다.

마지막으로 그래픽 카드 보조 전원 케이블입니다. 일부 고급 그래픽 카드에 필요합니다.

이제 케이스에 있는 전원, 리셋, HDD LED 등의 케이블은 메인보드 포트에 연결하세요. 이 부분은 메인보드 가이드에 자세히 있을 것입니다.

역시 케이스에 있는 전면 USB 포트를 위한 케이블도 메인보드의 알맞은 포트에 꼽으시면 됩니다.

마지막으로 케이블 타이로 선을 적당히 묶어 정리해주세요. 굵은 선을 중심으로 묶으시고 CPU 등과 직접 접촉하지 않는 점 등만 주의하시면 됩니다.

물론 케이블들을 케이스 후면으로 빼는 등의 방법으로 더 깔끔하게 정리할 수 도 있지만 컴퓨터를 처음 조립하시는 경우 매우 힘드실 수 있습니다.

축하드립니다. 조립이 끝났습니다.

컴퓨터 조립 후에

컴퓨터를 조립 후에도 해야 할 일이 있습니다.

먼저 바이오스 설정을 해 주셔야 합니다. 그리고 운영체제 설치 후 Everest나 Aida와 같은 프로그램의 시스템 안정성 검사를 해주시면 됩니다. 프로그램은 아래에 있습니다.
[Softwares] - Everest Ultimate Edition 5.5 다운로드

지금까지 컴퓨터 조립 완벽 가이드를 작성해 보았습니다.

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  1. GoodNamJin 2012.02.01 14:13 신고

    CPU : AMD 페넘II-X4 960T Black Edition (조스마) (정품)

    메인보드 : 이엠텍 ESTAR STA880GZ 쇠라 FX

    RAM : 삼성전자 DDR3 4G PC3-10600 (정품)

    VGA : SAPPHIRE 라데온 HD 6850 D5 1GB
    VTX3D 라데온 HD 6850 X-Edition V2 D5 1GB
    XFX 라데온 HD 6850 DD Edition D5 1GB 디지탈그린텍

    HDD : WD 500GB Caviar Blue WD5000AAKX (SATA3/7200/16M)

    ODD : 삼성전자 Super-WriteMaster SH-222BB (블랙 정품벌크)

    파워 : POWEREX REX III 500W Triple V2.3

    그래픽카드가 서로 크게 차이가 있을까요? 몰라서 일단 3개 적어봅니다.



    CPU : AMD A8 3870K Black Edition (라노) (정품)

    메인보드 : ASUS F1A75-V PRO 디지털그린텍
    이엠텍 ESTAR TA75M

    RAM : 삼성전자 DDR3 4G PC3-10600 (정품)

    VGA : ASUS 라데온 HD 6770 EAH6770 D5 1GB DC
    XFX 라데온 HD 6770 D5 1GB 디지탈그린텍

    HDD : WD 500GB Caviar Blue WD5000AAKX (SATA3/7200/16M)

    ODD : 삼성전자 Super-WriteMaster SH-222BB (블랙 정품벌크)

    파워 : POWEREX REX III 500W Triple V2.3

    쿨러 : 써모랩 BADA2010 (저소음)

    CPU가 내장그래픽카드 때문에 발열이 크다하여 사제쿨러 달아햐 한다길래 추가했습니다.
    그래픽카드는 혹시 몰라 적어봤는데 게임은 그다지 하는 편이 아닙니다.

    두가지 안을 작성해봤는데요 조립은 태어나서 해본적이 없네요ㅠ
    케이스는 글쎄요...위 부품들이 잘 맞아야 하는데...
    잘만(비싼가?)이나 3Rsystem 찾아봤습니다.

    • 초록 날개 2012.02.01 23:01 신고

      먼저 1번 견적의 그래픽카드의 차이는 크게 없습니다. 일단 라데온 칩셋이 같기 때문에 GPU 자체의 성능을 동일하고 그래픽카드 램의 용량도 같으니 거의 차이가 없을 것으로 보입니다. 다만 2차 제조사에서 기본적으로 오버를 시켜 놓은 제품이 있을 수 있으니 한번 확인해 보세요. 개인적으로는 3개 제품 중 사파이어꺼 추천해 드립니다. A/S도 괜찮고 안정적입니다.

      일단 1번 견적에서의 호환성은 문제가 없어 보입니다.

      2번 견적에서 사제쿨러에 대해서 말씀드리겠습니다. 일단 AMD 제품 자체가 발열이 큰 경우가 많습니다. A8 3870K의 경우에는 내장 그래픽 때문에 발열이 더 커질 수 있는데요 물론 기본 쿨러로도 커버가 가능합니다. 다만 좀 시끄럽고 오버가 힘들죠. 그래도 바다 2010 정도면 오버만 많이 안뛰시면 꽤 정숙할 것 같습니다.
      그리고 그래픽카드 말씀을 하셨는데 솔직히 게임을 안하신다면 AMD 내장으로도 충분히 커버가 가능합니다. 그래픽카드 가격이 꽤 되기 때문에 먼저 내장으로 쓰시다가 무리가 있다고 판단되실 경우 추가하시는 것이 좋을 것 같습니다.
      메인보드는 2개 적으셨는데 특별히 가격을 낮추실 것 아니시라면 아수스 제품 추천해 드립니다. 개인적으로 메인보드는 10만원 선을 지켜줘야 한다고 봅니다. 전원부 안정성도 그렇고 나중에라도 오버를 뛰신다면 보드도 중요합니다.
      2번 견적 역시 특별한 문제는 없는 것 같습니다.

      케이스는 3RSystem이 싸고 좋은 것 같습니다.

      조립은 생각보다 간단합니다. 혹시라도 조립 도중 문제가 생기시면 부품 사셨던 곳에 전화해보세요..ㅎ 선 정리가 어렵습니다..;;ㅎㅎ

      마지막으로 혹시 잠베지는 전혀 고려를 안해보셨는지요...? 개인적으로 잠베지가 좋은 것 같습니다..ㅎㅎ

      조립 잘 하세요~^^

  2. GoodNamJin 2012.02.03 11:01 신고

    친절한 설명 감사드립니다.
    그리고 한가지더 물어 볼 것이 있는데요.
    이 부품들 구입을 주로 어디서 하시나요?
    제가 상술에 잘 속거든요.
    구입경험도 없고해서.

    • 초록 날개 2012.02.03 11:20 신고

      일단 다나와에서 견적을 뽑으셨다면 님께서 선택하신 부품들을 한꺼번에 구입할 경우 얼마에 살 수 있는지 업체들이 입찰하도록 하실 수 있습니다. 한꺼번에 사시려면 부품별 최저가에서 5% 정도 추가, 카드는 조금 더 추가된다고 생각하시면 됩니다~^^

      다나와쪽에서 하시게 되면 바가지는 않 쓰실 거에요~~

  3. 날아라 2012.02.18 15:39 신고


    저도 잘 몰랐는데 조립pc가 AS기간이 브랜드 pc보다 더 길다고 하네요..
    참고하실분들 기사 링크할게요 ㅋㅋ
    http://www.it.co.kr/news/mediaitNewsView.php?nBoardSeq=64&nSeq=2090370

  4. GoodNamJin 2012.02.21 10:33 신고

    안녕하세요 ㅋ
    한가지 더 궁금한 것이 있어 이렇게 물어봅니다.
    아래 두 가지 램의 차이가 어떻게 되는지 궁금하네요
    DDR3 4G PC3-10600
    DDR3 4G PC3-12800
    두번 째 것을 사고 싶긴 한데 저같은 일반인이 사용하기에 돈낭비인지 궁금합니다.
    괜히 혹 하네요 ㅠㅠ
    AMD A8 3870K Black Edition 과의 궁합도 궁금하구요
    여기저기 찾아 봐도 궁금증이 해결 되지 않아 이렇게 또 물어 봅니다.

    • 초록 날개 2012.02.21 11:39 신고

      램의 동작 클럭 차이입니다... 왠만하면 10600 사시는 것이 좋을 것 같아요... 체감상 큰 차이는 없거든요...

      글고 램은 다른 부품과의 궁합 차이는 거의 없는 제품입니다...ㅎㅎ

2011년 10월 말, 동남아시아 타이의 수도 방콕 주변에 50년만의 폭우가 쏟아졌습니다. 당연히 주변 공장들도 대부분 침수되었고 특히 타이에 집중되었던 하드디스크의 조립 및 부품 생산 공장들이 큰 피해를 입었습니다. 당장 하드디스크 생산이 불가능해졌기 때문에 며칠 사이에 가격이 3배 가까이 폭등하고 아예 하드디스크를 구할 수 없는 경우도 있었습니다. 그 후 몇 달이 지난 지금 타이의 홍수로 인한 피해는 어느 정도 복원되었지만 하드디스크 가격인 아직도 타이 홍수 이전 가격이 2배에 가까운 상황입니다.

이런 상황에서 많이 사람들이 하드디스크에 관심을 갖게 되었습니다. 사실 하드디스크의 정식 명칭은 Hard Disk Drive입니다. 이를 줄여 일반적으로 하드, 하드디스크라고 부르는 것입니다. 그런데 이 하드디스크에 숨겨진 비밀이 있습니다. 바로 같은 하드디스크라도 정보가 저장되는 위치에 따라 읽기와 쓰기 속도가 다르다는 것입니다.


 

왼쪽은 하드디스크의 가장 바깥쪽 드라이브, 오른쪽은 하드디스크의 가장 안쪽 드라이브입니다. 물리적으로 다른 저장장치에서 파일을 복사할 때의 속도가 2배 가까이 차이가 나게 됩니다. 이런 상황을 가끔 겪어보신 분이 계실 것입니다. 저장 위치가 다를 경우 다른 하드디스크에서 파일을 복사해 올 때 속도 차이가 나거나 조금 무거운 게임을 실행하실 때 로딩 시간도 차이가 납니다.

좀 더 자세하게 볼 수도 있습니다. 이번에는 읽기 속도를 측정해 보았습니다. 바깥쪽에서 시작해 점점 안쪽으로 들어가며 속도를 측정해 보니, 안쪽으로 들어갈수록 점점 속도가 느려짐을 알 수 있습니다.

평소에는 모르고 지냈을 수 있지만 같은 하드디스크라고 해도 꽤 큰 성능 차이가 납니다. 어떤 복잡한 기술적 원인 때문이라고 생각할 수도 있지만 사실은 매우 간단한 이유 때문입니다.

하드디스크는 플래터라는 커다란 원판 위에 데이터를 기록합니다. 정보를 읽거나 쓰기 위해서는 위 원판을 빠른 속도로 회전시켜야 하는데 하드디스크의 성능은 이 회전 속도에 비례합니다. 하지만 소음과 진동 등의 이유로 인해 데스크톱에 사용되는 하드디스크의 회전 속도는 7200rpm, 즉 1분에 7200바퀴를 넘지 않습니다. 이 사실로부터 왜 하드디스크의 바깥쪽 부분은 읽기와 쓰기 속도가 빠르고 안쪽 부분은 그 속도가 느린지를 알 수 있습니다.


간단한 물리를 도입해 보겠습니다. 원운동을 하는 물체가 단위시간당 원주 방향으로의 이동거리를 의미하는 선속도는 아래와 같이 표현할 수 있습니다.

즉 선속도는 원주의 길이를 주기로 나눈 것입니다. 좀 더 쉽게 설명하자면 선속도란 어떤 물체가 얼마나 빨리 도는지를 나타냅니다.

위 식을 이용해 하드디스크 각 위치의 회전 속도를 구해 보겠습니다. 앞에서도 말했듯이 일반적인 데스크톱용 회전 속도는 7200rpm이므로 주기는 1/120초입니다. 하드디스크 플래터의 크기는 보통 3.5인치이고 중심에 모터 부분이 1인치 정도 됩니다. 즉 플래터의 가장 바깥쪽 부분은 중심으로부터 8.89cm, 안쪽 부분은 2.54cm 정도 떨어져 있습니다. 이 값들을 위 식에 대입해 보았습니다.


 

왼쪽은 플래터의 가장 바깥쪽, 오른쪽은 플래터의 가장 안쪽 지점의 선속도입니다. 실제 선속도는 3배 이상 차이가 납니다. 다만 실제 성능은 정보 처리 과정에서 여러 기술들이 적용돼 그 차이가 2배가 채 되지 않습니다.

이제 왜 하드디스크의 각 지점의 정보 처리 속도 차이가 나는지 알 수 있습니다. 그럼 몇 가지 해야 할 일이 있습니다. 먼저 운영체제는 하드디스크의 가장 바깥쪽, 즉 가장 첫 번째 드라이브에 설치해야 합니다. 또 자주 사용하는 파일일수록 하드디스크의 바깥쪽에 저장해야 하겠죠. 거의 사용하지 않는 파일은 안쪽 드라이브에 저장하면 됩니다. 그럼 어느 정도 빨라진 컴퓨터를 느끼실 수 있습니다.

이전 연구의 일부 부분을 기사 형식으로 정리해 과학동아에 기고한 글입니다. 연구 전체 내용은 아래에서 확인하실 수 있습니다.
[Researches/HDD and SSD] - HDD와 SSD의 작동원리분석과 이에 따른 성능 비교 

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4. HDD와 SSD의 전력 소비량/발열량 비교

HDD의 또 다른 단점은 기계적으로 플래터를 회전시키는 방식으로 구동되기 때문에 전기적 신호로 구동되는 SSD보다 전력 소모가 훨씬 많다는 점이다. 전력 소모가 많아지면 당연히 발열도 많아지게 된다. 이런 문제 때문에 휴대성이 중요한 넷북이나 노트북에는 SSD가 사용되는 경우가 많다.

HDD와 SSD의 전력 소비량 그리고 그에 따른 발열량을 비교해보기 전에 전력과 발열의 대해 알아보자. 전력이란 전류가 단위 시간 동안에 하는 일 또는 단위시간 동안에 공급된 전기 에너지를 의미한다. 보통 P로 나타내며 단위는 W이고 1W=1J/s이다. 전력은 전류의 일률 개념이므로, 전력을 구하기 위해서는 먼저 전류의 일 개념인 전력량을 구할 수 있어야 한다. 전력량은 어느 시간 동안에 소비된 전기 에너지이므로 전기 에너지와 같은 개념으로 생각할 수 있다.

전위차가 V인 두 지점 사이에서 전하량 만큼이 이동할 때 전력량 W=qV가 되고 시간 초 동안 전류 I가 흐를 때의 전하량은 q=It이므로 W=qV=IVt로 표현할 수 있다. 여기에 옴의 법칙을 대입하면 전력량은 다음과 같이 표현된다.

                   (4)

그런데, 앞에서도 말했듯이 전력인 전류의 일률 개념이고 전력량은 전류의 일 개념이므로 일률 P=dW/dt와 equation(4)를 이용하여 다음과 같이 표현할 수도 있다.

                       (5)

또한 발열량 Q=VIt이므로 발열량이 전력 소비량과 비례함을 알 수 있다. 중요한 점은 컴퓨터 내부에서는 본체의 온도를 일정하게 유지해 주여야 하므로 내부 부품의 온도가 높아질 경우 그 온도를 낮추기 위해 냉각 팬을 가동하므로 결국 기기 자체의 전력 소비와는 별개의 전력 소비가 이루어진다는 점이다. 실제로 컴퓨터의 전체 전력 소비량의 상당 부분이 냉각을 위해 사용된다.

공정성을 위해 같은 용량과 같은 디스크 크기의 HDD와 SSD의 전력 소모를 비교해보자. 삼성전자의 2.5inch 250GB HDD(HM250HI/DOM 250GB) 의 활성 상태에서의 소비전력은 2.5W, 유휴 상태에서의 소비 전력은 0.85W이다. 삼성전자의 2.5inch 256GB SSD(MZ-5PA256/KR SSD 256GB) 의 활성 상태의 소비 전력은 0.24W, 유휴 상태에서의 소비 전력은 0.14W이다. HDD가 SSD보다 전체적인 전력 소비량이 몇 배 이상 많다. 위수치는 삼성전자의 제품 사양 항목에 있는 내용이다. HDD의 경우 최근 1TB 이상의 제품이 대부분이며 SSD는 비교적 작은 용량으로 운영제체를 구동하는 용도로 쓰이는 것 일반적이므로 실제로 차이는 더 크게 난다.

Fig. 4-1 HDD의 발열량 측정을 위한 실험장치

Fig. 4-2 SSD의 발열량 측정을 위한 실험장치

발열량 측정은 단순히 컴퓨터상에서의 벤치마크가 아니라 실제로 실험을 해 보았다. 컴퓨터 내부에서는 CPU와 그래픽카드 등 HDD와 SSD보다 발열량이 많은 부품들이 많으므로 이런 외부 열원들로 인한 변수를 없애기 위해 컴퓨터 케이스 외부에서 실험은 진행했다. 또한 보다 정확한 실험을 위해 Fig. 4-1과 Fig. 4-2처럼 HDD와 SSD를 스티로폼 박스 안에 넣은 후 뚜껑을 덮었다. 그리고 Hard Disk Sentinel이라는 프로그램을 이용해 HDD와 SSD에 Random Seek Test를 진행해 스트레스를 주었다. 실험은 20분 동안 진행되었으며 같은 정도의 스트레스를 주었다.

Fig. 4-3 발열량 실험에서 HDD의 온도변화

Fig. 4-4 발열량 실험에서 SSD의 온도변화

Fig. 4-3, Fig. 4-4 는 각각 HDD와 SSD의 온도 변화 그래프이다. Hard Disk Sentinel은 Random Seek Test를 진행하면서 스트레스를 주고 있는 저장장치의 온도 변화를 측정할 수 있다. 초기 온도는 32℃로 같고 실험이 종료될 때 HDD는 38℃로 6℃가 올랐고 SSD는 2℃ 밖에 오르지 않았다. 역시 HDD의 기본적인 전력 소비량이 많고 모터로 플래터를 회전시키는 등 발열 요소가 많기 때문에 위와 같은 결과가 나온 것 같다.

여기서 한 가지 더 고려해야 할 부분은 바로 실험에 사용된 HDD는 625g이고 SSD는 68g 으로 거의 10배의 가까운 질량차가 있었다는 것이다. 때문에 실제 발생한 열량은 더 큰 차이가 있게 된다.

계산을 위해 HDD와 SSD의 온도는 모든 부분이 균일하게 상승했고 모든 부분은 비열이 0.22cal/g℃인 알루미늄으로 이루어져 있다고 가정하였다. 그리고 각각의 값들을 발열량 식 Q=Cm△T에 대입해서 각각의 발열량을 계산해 보았다.

      

      

즉 HDD에서는 825cal의 열이, SSD에서는 29.92cal의 열이 발생했음을 알 수 있다. 그리므로 실제 HDD에서는 SSD의 약 30배가 가까운 열량이 발생한 것이다. 앞 전력 소모량 수치의 차이보다 더 크다. 이는 같은 전력이 공급되었을 때도 HDD의 발열량이 SSD의 발열량보다 크다는 것을 위미한다. 이처럼 HDD는 SSD보다 발열면에서 크게 불리하다.

위 실험처럼 HDD는 SSD보다 전력 소비가 훨씬 많고 그에 따라 발열량도 커진다. 이는 휴대성을 강조하는 요즈음 트렌트에 큰 지장이 되기 때문에 앞에서도 말했듯이 휴대용 컴퓨터에는 SSD가 보다 많이 사용되고 있다.

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  1. KYJ 2015.05.12 14:59 신고

    글은 너무 좋은데 브라운 성형외과 광고가 떡하니 중간에 자리잡아서 절대 없어지지않네요 누르면 닫힌다고 해서 누르면 즈그 홈페이지로 연결되고 ㅡㅡ 아진짜 완전 좋은글 몇십분만에 겨우찾았는데 진짜 .. 너무 너무열받음ㅋㅋㅋㅋ 발열량 찾다가 내가 발열하는 상황.. 무튼 좋은글 잘읽고 갑니다.!

3. HDD와 SSD의 섹터별 속도 차이 비교

HDD의 또 다른 단점은 원판 모양의 플래터 위에 데이터를 기록하고 플래터가 회전하면서 데이터를 읽고 쓰는 원리이기 때문에 섹터의 위치에 따라 선속도가 달라지고 이것이 실제 성능 차이로 이어진다는 것이다.

각속도란 원주 위를 운동하는 물체가 단위 시간당 회전한 각도의 크기를 의미하며 다음과 같이 표현된다.

                                     (1)

또한 평균 각속도의 크기는 물체가 , 즉 2πrad을 회전하는 데 주기 만큼의 시간이 걸리므로 다음과 같이 표현할 수 있다.

                                     (2)

선속도는 원주 위를 운동하는 물체의 단위시간당 원주방향 이동거리를 의미하며 평균 선속도는 회전 주기 당 원의 둘레길이이므로 다음과 같이 표현된다.

                       (3)

Fig. 3-1 선속도와 각속도의 관계

일반적으로 사용 많이 사용되는 HDD의 플래터의 반지름은 3.5inch, 즉 8.89cm이다. 여기에 플래터를 돌려주는 스핀들의 반지름이 보통 1inch, 2.54cm임을 고려해야 한다. 즉, 플래터의 가장 바깥쪽 섹터는 플래터의 중심으로부터 8.89cm 떨어져 있고 가장 안쪽 섹터는 플래터의 중심으로부터 2.54cm 떨어져 있다. 그리고 대부분의 3.5inch HDD의 회전 속도는 7200rpm으로 회전 주기는 1/120sec 이다. 따라서 가장 바깥쪽 섹터의 선속도는 equation(3)으로부터

으로 약 6.7m/s 이다. 또한 가장 안쪽 섹터의 선속도는 같은 식으로부터

으로 약 1.9m/s 이다. 실제 선속도는 3배 이상 차이가 나게 된다. 물론 Controller를 포함한 부가적인 기술의 발전으로 실제 성능은 3배까지 차이가 나지는 않지만 분명히 큰 차이가 존재한다. 실제로 읽기, 쓰기 속도의 벤치마크 결과 값에서도 시작 부분과 끝 부분의 성능이 3배 가까이 차이가 난다. 이는 보통 플래터의 가장 바깥쪽의 있는 C 드라이브의 속도와 플래터의 안쪽에 위치하는 D, F 드라이브의 성능 차이가 3배 가까이 난다는 것이다.

이런 섹터의 위치에 따른 성능 불균형은 전체적인 시스템 성능의 저하를 유발한다. HDD 의 기록되는 파일들은 보통 여러 개의 섹터에 나누어져 저장된다. 한 개의 파일이 여러 개의 섹터에 나누어져 저장되면 각 섹터들로 헤드가 이동하는 데 Access Time이 생길 뿐 아니라 읽기 속도의 불균형으로 전반적인 속도가 떨어지게 된다.

그에 비해 SSD의 경우는 데이터의 읽기, 쓰기 모든 과정이 전기적으로 이루어지고 같은 성능의 Nand Flash Memory의 데이터를 같은 우선순위로 Controller에서 처리하므로 섹터별 성능 차가 거의 없게 된다.

Fig. 3-2 HDD의 64KB 파일의 읽기 속도 측정결과

Fig. 3-3 SSD의 64KB 파일의 읽기 속도 측정결과

위 2개의 그래프는 HDD와 SSD의 64KB 파일에 대한 실제 읽기 속도를 벤치마크 프로그램을 이용하여 측정한 결과이다. Fig. 3-2는 HDD 그래프로 실제로 속도가 갈수록 감소하고 있고 Fig. 3-3은 SSD 그래프로 비교적 균일하다. 벤치마크의 사용된 HDD는 최신 Controller 기술이 사용되어 비교적 성능의 낙폭이 적은 것을 참고하면 좋을 것이다.

Fig. 3-4 사용 중인 1TB HDD 의 쓰기속도 (D 드라이브: 가장 바깥쪽 파티션)

Fig. 3-5 사용 중인 1TB HDD 의 쓰기속도 G 드라이브: 가장 안쪽 파티션)

이번에는 쓰기 성능 비교를 해 보자. 나는 1TB의 HDD를 총 4개의 파티션으로 나누어 관리하고 있다. 가장 바깥쪽에 위치한 파티션은 D 드라이브이고 가장 안쪽에 위치한 파티션은 G 드라이브이다. 같은 저장장치 내에서 읽기, 쓰기 작업을 동시에 진행하면 오차가 생기므로 기계적으로 다른 저장장치인 SSD에서 파일을 복사하는 속도를 비교해 보았다. Fig. 3-4이 D 드라이브, Fig. 3-5가 G 드라이브이다. 즉 HDD의 가장 바깥 부분과 가장 안쪽 부분에 쓰기 작업을 해 본 것이다. 실제로 2배 가까이 쓰기 속도의 차이가 난다. 여기서 D드라이브와 G드라이브의 섹터가 모두 HDD의 가장 바깥쪽, 안쪽 트랙이 아닌 것을 감안하면 성능 차이가 더 크다는 것을 알 수 있다.

앞에서 분석했듯이 HDD의 가장 바깥쪽과 안쪽 섹터의 선속도 차이가 큰 것을 실제 읽기, 쓰기 성능의 차이가 뒷받침해주고 있다.

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2. HDD와 SSD의 읽기, 쓰기 원리와 속도 비교

HDD와 SSD의 가장 큰 차이는 바로 데이터의 읽기, 쓰기 속도이다. 컴퓨터에서의 데이터의 처리 및 저장은 모두 0과 1을 이용하는 이진법 원리로 작동된다. 이 0과 1로 이루어진 데이터들이 반도체의 AND, OR, NOT 등의 논리 회로들을 지나면서 연산이 이루어지게 되고 이 데이터들을 필요한 경우 역시 0과 1의 형태로 저장하게 된다.

지금 알아볼 HDD와 SSD의 읽기, 쓰기 속도 차이를 비교할 때 특히 주목해야 할 점은 바로 작은 파일들을 처리할 때의 속도이다. 작은 파일보다 큰 파일들을 처리하는 속도가 더 중요하다고 생각할 수도 있지만 사실은 작은 파일들을 처리하는 속도가 전반적인 시스템 속도를 결정짓는다고 할 수 있다.

Fig. 2-1은 윈도우 7 운영 체제가 설치되어 있는 드라이브의 사용량과 파일 수이다. 전체 사용량을 파일 수로 나누면 평균적인 파일의 크기를 얻을 수 있을 것이다. 전체 사용량은 약 10507384KB이고 파일 수는 65983개이다. 평균 파일 크기를 계산해보면 159KB라는 생각보다 훨씬 작은 값을 얻을 수 있다. 이는 일반적인 MP3 파일과 사진 파일들의 크기가 3MB 내외라는 것을 고려하면 매우 작은 값이다. 여기에 프로그램의 실행 파일들의 크기가 꽤 큰 것을 고려하면 전반적인 실제 시스템 파일의 크기는 매우 작은 것을 알 수 있다. 이제 왜 작은 파일들을 처리하는 속도가 전반적인 시스템 속도를 결정짓는지 이해할 수 있을 것이다.

Fig. 2-1 운영체제가 설치되어 있는 드라이브 사용량과 파일 수

HDD의 구동 원리에 대해 이해하기 위해서는 먼저 HDD의 주요 부품에 대해 알아야 한다. HDD는 플래터와 헤드, 스핀들, 헤드 구동 장치, 카트리지 등 많은 부품들로 이루어져 있지만 여기서는 HDD의 데이터 기록 원리와 직접적으로 관련이 있는 플래터와 헤드에 대해서만 다루기로 한다.

Fig. 2-2 HDD의 내부구조

플래터는 데이터가 실제로 기록되는 얇은 판으로 플래터 자체의 재질로 사용되는 알루미늄이나 유리가 자성을 갖지 못하기 때문에 표면에 자성을 가질 수 있는 산화물 층 또는 합금을 도금한다. HDD는 플래터가 회전하며 헤드가 플래터에 자기 데이터를 읽고 쓰는 원리로 구동되는데 플래터가 한 바퀴 돌 때마다 헤드가 일정량의 데이터 처리를 한다. 그러므로 플래터의 회전 속도는 HDD의 성능에 큰 영향을 미치는데 발열과 소음 문제 때문에 일반적인 HDD의 회전 속도는 7200rpm 이하로 작동한다. 그리고 플래터에서 데이터의 기록 단위를 섹터라고 하는데 헤드는 플래터에 데이터를 기록하는 장치로 플래터와 보이지 않을 정도의 간격을 두고 떨어져 있으며 플래터의 읽기, 쓰기를 원하는 섹터 위로 이동할 수 있다.

Fig. 2-3 HDD에서 헤드의 끝 부분이 읽기, 쓰기를 원하는 섹터 위의 위치한 모습[1]

Fig. 2-3은 헤드의 끝 부분이 읽기, 쓰기를 원하는 섹터 위에 위치한 모습을 나타내는 모식도이다. HDD의 쓰기 원리는 전자석의 원리를 이용한 것이다. Controller에서 쓰기 작업을 할 0과 1로 이루어진 디지털 신호를 전송하면 이것이 Fig. 2-3의 코일에 흐르는 전류의 방향을 결정하게 된다. 그리고 코일에 흐르는 전류의 방향이 결정되면 전자석의 원리에 의해 코어를 중심으로 하는 일정한 방향의 자기장이 형성되게 되고 이 자기의 방향이 섹터에 저장된다.

읽기는 쓰기의 원리를 거꾸로 생각하면 쉽다. 헤드가 읽기를 원하는 데이터가 저장되어 있는 섹터 위로 이동하면 섹터에는 이미 데이터가 저장되어 자기를 띄고 있으므로 코일 내부의 자기장의 변화가 생기게 된다. 따라서 전자기 유도의 원리에 의해 코일에 전류가 흐르게 되어 데이터를 읽게 된다. 즉 기록되어 있었던 데이터의 자기의 방향에 따라 코일에 유도되는 전류의 방향이 결정되고 이를 통해 데이터를 읽는 것이다.

이처럼 HDD는 기계적인 원리로 작동하기 때문에 전반적인 데이터 처리 속도가 느리다.  헤드가 데이터를 처리할 섹터 위로 이동해야 하기 때문에 10ms가 넘는 Access Time이 발생하고 데이터가 저장되는 플래터의 회전 속도가 일반적으로 7200rpm을 넘지 못하는 등 데이터 처리 속도가 느려질 수밖에 없다. 기본적으로 전자석 및 전자기 유도의 원리에 의해 작동한다는 점도 다른 전기적 원리로 작동하는 부품들에 비해 성능이 떨어질 수 밖에 없는 이유이다.

Fig. 2-4 SDD의 구성요소

SSD의 읽기, 쓰기 원리는 HDD 의 그것에 비하면 훨씬 간단하다. 기계적인 방법은 전혀 없이 전기적으로만 구동된다. SSD는 크게 Nand Flash Memory와 Controller로 구성되어 있다. 여러 개의 Nand Flash Memory가 하나의 SSD를 이루고 있고 Controller가 이 Nand Flash Memory들을 관리하는 방식으로 작동한다.

Fig. 2-6 Flash Memory의 Floating Gated에서의 읽기, 쓰기 작동 원리[2]

Flash Memory는 Floating Gate에 Control Gate를 이용해 전자를 주입시켜 전자가 없을 경우에는 1, 전자가 있을 경우에는 0이 되는 원리로 작동한다. 즉 Floating Gate의 전하량의 차이를 두어 데이터를 저장하는 것이다. 이때 Floating Gate의 데이터는 반영구적으로 보존된다. 이처럼 Flash Memory는 HDD와 같이 물리적으로 데이터를 처리할 섹터에 접근하는 과정이 불필요하기 없기 때문에 Access Time이 0.1ms 미만으로 매우 짧다.

Flash Memory는 또다시 Nor Flash Memory와 Nand Flash Memory로 나누어진다. Nor은 Not Or의 약자로 앞에서 살펴보았던 Floating Gate가 병렬로 연결되어 있고 Nand는 Not And의 약자로 Floating Gate가 직렬로 연결되어 있는 구조다. Fig. 2-6과 Fig. 2-7은 각각 Nor Flash Memory와 Nand Flash Memory의 모식도이다.

Fig. 2-6 Nor Flash Memory[3]

Fig. 2-7 Nand Flash Memory[4]

일반적으로 생각하면 Nor Flash Memory는 어떤 Floating Gate에나 직접 접근할 수 있지만 Nand Flash Memory는 어떤 Floating Gate에 접근하기 위해서는 다른 Floating Gate들을 거쳐야 하기 때문에 Nor Flash Memory가 Nand Flash Memory보다 빠르다고 할 수 있다. 이와 같은 이유로 각각의 Floating Gate에서의 읽기 작업은 Nor Flash Memory가 빠르다. 하지만 어떤 규모 이상의 데이터, 즉 Nand Flash Memory에서 한 단위 회로 이상의 데이터를 읽는 경우 Nor Flash Memory와 Nand Flash Memory 사이의 큰 차이가 없게 된다. 쓰기 작업의 경우 상황이 조금 다르다. 쓰기 작업의 특성상 한 번의 작업에서 한 단위만큼, 즉 Nand Flash Memory의 단위 회로 전체의 데이터를 처리하기 때문에 쓰기 작업에서는 Nand Flash Memory가 Nor Flash Memory에 비해 빠르다. 또한 Nand Flash Memory의 경우 직렬 회로로 구조가 비교적 단순해 집적도를 높이기 쉽기 때문에 대용량화와 보급화가 쉽다. 즉 읽기 성능은 조금 떨어지지만 쓰기 성능이 우수하고 무엇보다도 생산 단가가 저렴한  Nand Flash Memory가 Nor Flash Memory보다 많이 사용되고 있으며 SSD에도 주로 Nand Flash Memory가 사용되고 있다.

Nand Flash Memory는 또 SLC 방식과 MLC 방식으로 나누어진다. SLC는 처음 설명한 것과 같이 하나의 Floating Gate에 0과 1의 단계를 두어 1Bit의 데이터만을 저장하는 방식이다. MLC의 경우 하나의 Floating Gate에 0과 1사이의 더 많은 단계를 두어 1Bit 이상의 데이터를 저장하는 방식이다. SLC의 경우가 하나의 Floating Gate에서의 데이터 구별이 명확하기 때문에 속도와 신뢰성이 MLC 보다 우수하지만 대용량화가 힘들기 때문에 가격이 비싸다. 때문에 최근 Controller의 발전으로 MLC의 단점을 많이 보완할 수 있기 때문에 최근 출시되는 SSD는 보통 MLC 방식의 Nand Flash Memory를 사용하고 있다.

이제 Controller에 대해 알아보자. 앞에서 말했던 Nand Flash Memory의 읽기, 쓰기 속도는 보통 20MB 정도로 HDD보다 낮다. USB Memory의 속도가 느린 것을 생각하면 알 수 있다. 하지만 SSD는 여러 개의 Nand Flash Memory로 이루어져 있고 Controller가 하나의 데이터도 여러 개의 Nand Flash Memory에 나뉘어 저장하는 다중 채널 분산 기술을 사용하므로 SSD의 실제 성능을 극대화시켜준다. 실제로 SSD의 실제 성능은 하나의 Nand Flash Memory의 10배가 넘는다. 그렇기 때문에, Controller의 성능은 SSD의 성능의 큰 영향을 미친다. 최근 이 Controller의 기술이 급속도로 발전하면서 SSD의 성능의 발전을 이끌고 있다.

결론적으로 읽기 쓰기의 작동 원리적인 측면으로 봤을 때 HDD는 전기적 신호를 통해 섹터 위에 자기를 인식하거나 기록하는 상대적으로 느린 과정이 필요하고 읽기, 쓰기 작업을 할 섹터로 헤드가 이동하기까지 걸리는 Access Time이 있으며 플래터가 한 바퀴 돌 때마다 일정량의 데이터밖에 처리할 수 없으므로 읽기, 쓰기 속도가 비교적 느리다. 하지만 SSD는 Nand Flash Memory에 단순한 전기적 원리로 데이터를 저장하기 때문에 Access Time이 매우 짧고 Controller가 데이터를 다중 채널 분산 기술로 처리해 읽기, 쓰기 속도를 극대화시켜주기 때문에 성능이 매우 우수하다.

Fig. 2-8 HDD의 Access Time

Fig. 2-9 SSD의 Access Time

실제로 HDD와 SSD의 Access Time을 비교해 보았다. 측정 프로그램으로는 저장장치 벤치마크 프로그램인 HD Tune을 사용했다. Fig. 2-8는 HDD의 Access Time을 측정한 것이고 Fig. 2-9은 SSD의 Access Time을 측정한 것이다. 데이터가 저장돼 있는 섹터에 접근하는 HDD의 Access Time이 SSD에 비해 훨씬 길다. 특히 512B와 4KB, 64KB 등 작은 크기의 파일의 Access Time이 큰 차이가 난다. 그래프를 보면 차이를 더 쉽게 이해할 수 있다. 즉 작은 파일들에 접근하는 데 소요되는 Access Time에 의해 전반적인 시스템 속도가 결정되는 것을 감안했을 때 SSD가 훨씬 우수한 것을 볼 수 있다.

Fig. 2-10 HDD의 읽기 쓰기 속도

Fig. 2-11 SSD의 읽기 쓰기 속도

이번에는 HDD와 SSD의 실제 읽기, 쓰기 성능을 비교해 보았다. 역시 저장 장치 성능 벤치마크 프로그램인 CrytalDiskMark로 내 컴퓨터의 HDD와 SSD의 성능을 벤치마크 해 보았다. Fig. 2-10은 HDD, Fig. 그림 2-11은 SSD의 경우다. 전체적인 속도가 큰 차이가 났으며 역시 512KB와 4KB 등 작은 파일에서는 SSD가 HDD보다 훨씬 빠른 속도를 보여 주었다. 다시 한 번 말하지만 시스템의 실제적인 속도는 작은 파일들을 처리하는 데에 결정되기 때문에 SSD가 HDD보다 훨씬 우수함을 알 수 있다.

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HDD와 SSD의 작동원리분석과 이에 따른 성능 비교


1. 서론

현재 컴퓨터에 없어서는 안 될 부품 중 하나가 바로 HDD(Hard Disk Drive)이다. 사실 HDD는 주로 하드디스크(Hard Disk)라 불리나 정식 명칭은 HDD(Hard Disk Drive)이며 앞으로 비교할 SSD(Solid State Drive)와의 비교를 위해 앞으로도 HDD로 표기하겠다. HDD는 컴퓨터의 데이터를 저장하는 보조 기억 장치이다. 컴퓨터의 데이터를 저장하는 저장 장치는 크게 주 기억 장치와 보조 기억 장치로 나뉘는데, 주 기억 장치와 주 기억 장치를 대표하는 D-RAM(Dynamic Random Access Memory)은 지금은 자세히 다루지 않기로 하고 보조 기억 장치를 대표하는 HDD 와 SSD를 수학, 과학적 측면에서 비교해보려 한다.

컴퓨터의 보조 기억 장치란 컴퓨터의 데이터를 전원이 들어오지 않는 상황에서도 저장하기 위해 사용되는 장치이다. 주기억장치를 대표하는 D-RAM의 속도는 HDD와는 비교가 되지 않을 정도로 빠르며 보조 기억 장치 중 최고의 속도를 자랑하는 SSD보다도 빠르다. 하지만 D-RAM은 휘발성 반도체로 주기적으로 리플래시라는 동작을 통해 전류를 공급해 줘야만 데이터를 보존할 수 있다는 단점이 있다. 물론 ROM과 같은 비휘발성 주 기억 장치도 있지만 경제적인 면에서 매우 불리하다. 때문에 컴퓨터를 종료하게 되어 더 이상 전류가 공급되지 않으면 저장된 데이터가 모두 손실되게 된다. 이러한 이유로 전원이 없는 상태에서도 데이터를 보존할 수 있는 보조 기억 장치들이 사용되는 것이다.

현재 보조 기억 장치의 대부분은 HDD가 차지하고 있다. 하지만 플래터를 회전시켜 플래터 위에 자기적으로 데이터를 기록하는 기계적인 원리의 HDD는 많은 전력 소모, 발열, 소음 등의 문제가 있고 무엇보다도 전자적 원리로 작동하는 컴퓨터의 다른 부품들에 비해 데이터 처리 속도가 매우 느려 시스템의 전체적인 성능을 저하시키게 된다. 하지만 지금까지는 Flash Memory 등 다른 비휘발성 반도체 저장 장치의 생간 단가가 매우 비싸 HDD를 대신할 수 없었다. 그러나 최근 몇 년 사이 나노 기술이 발전하면서 Flash Memory, 특히 Nand Flash Memory의 가격이 급속도로 하락해 많은 Nand Flash Memory들에 Controller를 조합해 만든 SSD가 등장하게 되었다. 반도체 집약 기술이 나날이 발전해서 제조 단가가 낮아져 SSD의 가격도 계속해서 떨어지고 있고 Controller의 발전으로 전체적인 성능과 안정성도 향상되고 있다. 그 예로 Freezing 문제의 해결을 들 수 있는데 초기 MLC SSD에서 가장 큰 문제가 되었던 Freezing 현상은 순간적으로 데이터 처리량이 많아졌을 때 일어나는 일종의 병목 현상으로 시스템 자체가 일시적으로 정지하는 SSD의 대표적 문제였다. 이 추세라면 앞으로 수년 안에 SSD가 보조 기억 장치를 대표하게 될 것이다.

그래서 본 연구에서는 HDD와 SSD의 작동원리에 따른 성능의 차이를 비교, 분석해보려고 한다. 먼저 HDD와 SSD의 기본적인 구동 원리에 따른 읽기, 쓰기 속도를 비교했으며 선속도 차이를 이용한 HDD 플래터의 위치에 따른 데이터 처리 속도 비교, 전력 소비량과 발열량도 비교 하였다.

또한 직접 본인의 컴퓨터의 HDD와 SSD의 성능을 비교해 보았다. 실험에 사용된 HDD는 삼선전자의 1TB Spinpoint F3 HD103SJ로 가장 최신 세대의 모델이고 SSD는 S470 Series 64GB MZ-5PA064로 역시 가장 최신 세대의 모델이다.

1TB, 즉 1024GB와 64GB라는 큰 용량의 차이가 있는 제품들을 비교한다는 것에 의문이 있을 수도 있다. HDD의 경우 일반적으로 2개 내외의 플래터에 데이터를 기록하는데 HDD의 용량이 커질수록 플래터에서의 기록 밀도가 높아져 어느 정도의 성능 향상이 존재한다. SSD의 경우 데이터를 여러 개의 Nand Flash Memory로 분산시켜 처리하므로 어느 정도까지는 용량이 클수록 Nand Flash Memory의 수도 많아지고 따라서 성능도 높게 된다. 따라서 본 연구의 벤치마크 결과 값의 절대적인 수치에는 큰 의미를 두지 않아도 되며 HDD와 SSD의 성능 차이를 보이는 방법으로만 사용할 것이다. 참고로 SSD의 경우는 Controller의 특성 상 데이터 저장 비율이 높은 경우에서는 약간의 성능 저하가 발생하기 때문에 데이터 저장 비율은 약 50% 의 상태에서 진행했다.

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  1. 애기잔다 2012.10.03 20:32 신고

    좋은글 읽고 갑니다.
    중학생이라고 하시니 진짜 할말이 없고 존경합니다.
    앞으로 우리나라의 멋훈날이 기대됩니다.^^""
    앞으로 더욱 멋진 사람되길 바랄께요~~
    화이팅!!

얼마 전에 생각이 난 외장하드 활용 방법을 소개해보려고 합니다.

이 글에서 소개하려고 하는 외장하드 활용 방법은 제 컴퓨터에서는 컴퓨터 메인보드와 SATA 인터페이스로 연결하고 다른 컴퓨터에서만 USB로 연결하는 것입니다. 이 방법은 외장하드를 자주 사용하시는 분들께 매우 유용한 것 같습니다.

이 방법을 사용하는 이유는 USB로 연결했을 경우 SATA로 연결했을 때에 비해 속도가 크게 느리기 때문입니다. USB로 연결했을 경우 일반적인 하드디스크의 데이터 처리 속도에 비해, USB 인터페이스의 데이터 제한 대역폭이 작아 하드디스크가 제 성능을 내지 못하기 때문이죠.(물론 USB 3.0의 경우에는 얘기가 달라집니다.)
실제로 SATA2 인터페이스의 대역폭은 3.0Gbps이지만, USB 2.0 인터에피스의 대역폭은 겨우 480Mbps 입니다.

이 방법은 AHCI 모드에서만 가능한데, AHCI 모드에서만 SATA로 연결된 저장장치들을 마치 이동식 저장장치처럼 추가/제거할 수 있는 Hot Plug 기능이 지원되기 때문입니다. 바로 다음과 같이 저장장치들을 제거할 수 있죠.

말이 조금 꼬였네요.
어쨋든, 제가 생각하는 이상적인 외장하드 활용 방안은 외장하드로 사용할 저장장치를 케이스 밖으로 꺼내놓고 평소에는 메인보드와 SATA 인터페이스로 연결하고(그러니까 SATA 케이블을 케이스 바깥으로 빼야 하겠죠. 저는 PCI 슬롯을 이용했습니다.) 다른 컴퓨터에서 작업이 필요할 때만 외장하드 케이스에 넣어 USB 인터페이스로 연결하는 것입니다.

마지막으로, SATA2 와 USB 2.0 인터페이스에서의 삼성 S470 64GB의 성능 차이를 보여주는 결과값입니다. 물론 SSD이기 때문에 성능 차이가 더 크겠지만, 외장하드 케이스 안에 저장장치를 고이 모셔두고 사용할 때의 성능 낭비를 알 수 있으실 것 같습니다.

SATA2로 연결했을 때의 벤치마크 값입니다.

USB 2.0으로 연결했을 때 측정값입니다.

보시다시피 USB로 연결했을 경우 저장장치의 성능을 낭비하는 것이라는 결론이 나오죠.

앞으로 지금의 외장하드는, 웹 상에 구축된 저장소나 SSD가 장착되고 USB 3.0 인터페이스를 지원하는 차세대 외장하드가 대신하게 될 것 같습니다.

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  1. 행인 2011.05.22 21:55 신고

    좋은방법이네요...
    그런데 하드에 전원공급은 어떻게 하죠?

    • 초록 날개 2011.05.27 16:43 신고

      물론 SATA 케이블과 전원 케이블을 케이스 외부로 꺼내셔야 하죠...;;

  2. 해커 C 2011.05.30 15:19 신고

    오호~ 좋은 활용법 잘보았습니다 ㅎㅎ..

    저도 외장하드 다수 사용중이지만,, 귀찮아서,, 기본 USB2.0 을 이용하고 있습니다.

    현재 3.0 포트도 장착이 되어 있지만, 외장하드 케이스 포트가 2.0 이라서.. ㅠㅠ..

    무튼 활용 잘보고 갑니다 ㅎㅎ

    • 초록 날개 2011.05.30 15:24 신고

      ㅎㅎ
      아직 USB3가 보급화되지 않은 지금, 성능면에서는 최상에 방법인 것 같네요..

이 글에서는 Crystal Disk Info 이라는 프로그램에 대해 설명해 보겠습니다.

Crystal Disk Info 하드디스크 상태 점검

이 프로그램은 하드디스크의 상태를 점검해주는 프로그램인데요, S.M.A.R.T 기능 점검 부터 펌웨어, 시리얼 넘버 등까지 하드디스크의 여러가지 정보들을 모두 볼 수 있습니다. 예전에 HDTune 이라는 프로그램을 소개했었는데요, Crystal Disk Info 는 HDTune 의 읽기/쓰기 속도 측정 등을 제외하고, 점검 부분을 강화한 프로그램이라고 할 수 있습니다. 설치 버젼, 무설치 버젼 모두 업로드 했습니다.

메인 화면입니다. 먼저 전체적인 장치 상태와 온도를 보실 수 있으실 것입니다. 상단 중앙에는 하드디스크의 정보 자세히 표시됩니다. 중요한 것은 하단의 점검 목록들입니다. 이 부분에서 주의 항목이 많은 하드디스크는 위험성이 크므로 A/S 를 신청하시거나 자료를 수시로 백업해 두시는 것이 좋습니다. 참고로, Segate 하드디스크는 전체적으로 이 부분에 민감하고, WD 하드디스크는 실제 문제가 있다고 해도 S.M.A.R.T 에는 표시가 안되는 부분이 있다고 합니다.

기능-고급 기능 으로 들어가 보시면 여러 설정을들 보실 수 있으실 것입니다. 특히 AAM/APM 설정을 보실 수 있으실 것입니다.

AAM 과 APM 은 소음과 전력 소비, 그리고 성능을 조절하는 부분입니다. 소음과 전력 소비 효율을 높일 수록 성능은 떨어지고, 성능을 높일수록 소음과 전력 소비 효율은 낮아지는 원리입니다. 매우 유용한 기능이죠.

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  1. 컴맹 2011.02.26 21:33 신고

    잘쓸게여~

이 글에서는 HD Tune Pro 에 대해 알아보겠습니다.


HD Tune Pro 3.5 다운로드

위 파일은 HD Tune Pro 3.5 를 설치할 필요 없이 클릭 후 바로 실행이 되도록 포터블화 시킨 파일입니다.

HD Tune Pro 3.5 프로그램은 하드디스크의 성능과 안정성을 평가하는 도구로, 이 계열의 프로그램들 중에서 가장 유명하고, 성능도 좋다고 할 수 있습니다.

스크린 샷과 함께 설명해 드리겠습니다.

첫 화면입니다. 하드디스크의 읽기/쓰기 속도와 전근 속도, 즉 Acess Time 에 대해 벤치마크 할 수 있습니다. 다만 Write 테스트는 디스크에 기록된 것이 없을 시에만 할 수 있습니다. Minimum 은 최소 속도, maximum 은 최대 속도, 그리고 Average 는 평균 속도 입니다. Access 는 전근속도 입니다. 단위는 ms로 20ms 이하인 것이 보통입니다. Burst Rate 는 무작위 테스트, 즉 Random 테스트 결과입니다.

Info 부분입니다. 이 분분에서는 하드디스크의 정보를 보여줍니다. 그리 중요하진 않은 부분입니다.


부분입니다. 이 부분에서는 하드디스크의 상태를 보여줍니다. 저는 3가지 영역에서 주의 수치가 나왔는데요, Seagate 와 Samsung 의 하드디스크는 이 추치가 조금 높게 표시되는 특징이 있고, WD 의 하드디스크는 주의 수치가 거의 나오지 않는다고 합니다.

다음으로 Error Scan 부분입니다. 이 부분에서는 Bad Sectors, 즉 하드디스크의 손상된 정도를 검사 할 수 있습니다. 참고로 시간이 많이 걸립니다.

Forder Usage 탭입니다. 이 부분에서는 사용자의 폴더와 파일 사용 용량을 표시해줍니다.


Benchmark 탭입니다. File longth 에서 벤치마크 할 파일의 크기를 선택하시면 됩니다.

Monitor 부분입니다. 사용자의 하드디스크의 현재 상태를 모니터링 해 줍니다.

AAM 탭입니다. 이 부분은 좀 중요한 부분인데요, 하드디스크의 회전속도를 조정해서 성능과 소음 정도를 설정하는 부분입니다. 개인적으로 이 부분은 수정하시지 않는 것을 권장합니다.
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  1. 토무 2010.01.16 06:33 신고

    바이러스 묻어나오네요

  2. 급한사람 2010.12.02 00:42 신고

    이걸로 배드섹터를 찾았는데 섹터 복구로는어떤게 좋을까요?

    • 초록 날개 2010.12.02 17:03 신고

      HDD Generator 추천해 드립니다~^^
      단, 물리적 배드섹터는 복구가 불가능하답니다~

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