저장매체의 역사와 원리 변화(10)
스타필드고양이하남보 2018-06-17
터치스크린 종류와 원리. https://m.idpaper.co.kr/counsel/item/item_view.html?cnslSeq=360593
반도체 원리와 제조공정. https://m.idpaper.co.kr/counsel/item/item_view.html?cnslSeq=359890

저장매체는 정보를 저장한다. 정보가 뭔지는 다들 알겠지. 이 정보라는 것도 사실은 역사에 따라 변한다. 예전에는 말에서 말로 전해지는 구전이야기가 전부였다.
하지만 글이 나오면서 시대와 범위가 넓어지고 조금 더 추상적인 인간의 생각까지 담기게 되었다. 그림정보는 이미지를 저장했고, 1800년대에 들어서면서 영상까지 정보로 저장이 가능해졌다. 그리고 이제는 정보의 범위가 상당히 광범위해지고 있다.
정보는 저장된다는 특징이 있다. 저장되지 않는 것은 정보로 치지 않는다고 봐도 된다. 그래서 정보를 다룰 때에는 저장매체가 아주 중요한 키워드다.
아닐 수도 있고~ 나는 아무튼 매체를 알아야 정보를 알 수 있다고 보는 사람이라서 ~

내 모든 글의 목표는 중졸 학력이라도 기사를 읽고 내용을 이해할 수 있는 것이다. 그러니까 읽고 뭐라도 보면 자신감을 가져봐.

1. 저장매체의 역사
저장매체는 위에 썼듯이 말(뇌세포)에서 종이로 왔다.
마셜 맥루언에 따르면 미디어는 인간의 확장이다. 저장매체는 우리 뇌 기억세포의 확장이다.
이 글에서 말하고자 하는 바는 사실 종이 같은 시시한 것이 아니다.

근대에 최초의 컴퓨터가 발명되었다고 한다. 이 컴퓨터는 우리가 아는 형태의 전자 컴퓨터가 아니고 계산기를 말한다. 최초의 이진법 계산기는 나무로 만들어졌다.
0과 1을 이용한 계산법으로 산수를 쉽고 빠르게 하는 것으로, 최초 발명자와 그 친구들은 미적분까지 이 계산기를 이용했다고 한다. 주산기랑 비슷하게 생김.

그리고 시간이 가면서, 사진기가 나오고 영사 필름이 나오고,
비디오와 카세트테이프가 나오고 LP판이 나오고
하드디스크와 플로피디스크가 나오고 CD롬이 나오고
SSD도 나오고 USB도 나왔다.
이게 내가 다룰 것들.

2. 저장매체들의 원리
비슷한 것들끼리 분류해서 알려준다. 그게 쉽다.

- 사진 / LP판 / 영화필름
이것들이야말로 사실 진정한 저장매체가 아닌가 싶다.

사진 :
사진은 필름에 형광물질을 발라 놓는다. 카메라 속에 필름을 넣고 앞에 렌즈를 둔다. 그러면 자그마한 필름에 렌즈로 맺힌 장면이 비치겠지. 그러면 형광물질은 색이 변한다. 빛을 받은 부분만. 빛을 받은 부분은 하얗게 변하고, 안 받거나 덜 받는 부분은 거뭇거뭇한 것이다. 그러면 사진이 찍히는 것이다. 장면을 그대로 담아내는, 그야말로 사진이다.

LP판 :
요새 엘피 듣는 사람 있냐. 난 가끔 듣는다.
엘피판은 음파를 직접 기록한다. 그 동그란 검은 판때기 위에다가 홈을 판다. 소리도 파장이잖아. 그 파장을 그대로 기록하는 아주 단순무식한 방법이다. 물결모양으로 우둘투둘하게 원형으로 쭉 파내고 나면 그게 엘피판이 되고, 그 음파 모양의 원띠들이 저장된 소리 정보다. 그래서 핀을 올려놓으면 거기서 마찰되는 것, 올라갔다 내려갔다 하는 정보를 읽어서 소리를 내는 것이다. 사진과 비슷하다는 이유는 정보를 그대로 담아내기 때문이다. 아래에서 나올 것들과 다르게 변환과정이 없다. 그래서 엘피판이 조금 더 따뜻하거나 느낌이 좋다거나 한 갬성이 나오게 된다. 선형적이거든. 딲딲 짤리는 부분 하나도 없이 끊김 없이 이어진 정보다.

영화필름 :
사진과 똑같다. 인화필름을 발라놓은 종이를 계속 빙빙 돌리면서 1초를 24번에 걸쳐 담아내는 것이다.


- 비디오 / 카세트 테이프
위의 3가지랑은 전혀 다른, 그야말로 디지털 방식이 등장한 것이다.
디지털방식이란 0과 1로 나타내는 거다. 이전 글들 읽어봤다면 잘 알겠지만 0과 1이 현대의 키워드다. 모든 것은 전기다. 근데 저장매체는 자기임. 전자기.

자석을 모르는 사람 혹시 있냐. 자석에는 N극과 S극이 있다. 자석 같은 물질을 자성을 띄었다고 하는데 자성은 반드시 N이 있으면 S가 있다. 자석을 반으로 쪼개면 2개의 자석이 됨.
왜그러냐. 자석 안을 보면 작은 입자들이 각각 NSNSNSNSNSNSNSNS 이렇게 베열 돼있다. 중간을 자르면 NSNSNSNS 이거랑 NSNSNSNS 이렇게 나뉨.
배열을 한 번 보자. N이 있으면 S가 있다. NS를 1이라고, SN을 0이라고 가정해보자. 그러면 NS SN SN NS NS 는 10011 이렇게 읽어낼 수 있다.
이걸 이용한다.

비디오/카세트 테이프 보면 검은색 띠가 있잖아. 그게 바로 자성을 띈 물질이 발려있는 띠다.
그니까 그 긴 띠에 NS SN SN NS NS SN SN NS 이런 식으로 아주 작은 자석들이 배열되어 있다고 보면 된다.
1 0 0 1 1 0 0 1 이렇게 디지털 코드가 만들어져 있는 거지.
이걸 바탕으로 정보가 저장 된다.
여기까지 알면 보통 인터넷 검색하면 흔히 알게 되는 부분들이다. 그냥 0이랑 1이랑 저장하는 방식을 자석으로 해준 것.

근데 저게 어떻게 정보냐 하는 게 궁금한 점이다. 이건 잘 안 알려준다 아무도.
카세트 테이프를 예로 들어보자. 음악을 저장하는데 소리를 저장하는 것이다.
소리는 파동이다. 위로 올라갔다가 내려갔다가 하는 그 진동이 파동이다. 올라가는 부분, 얼마나 올라갔느냐, 내려가는 부분, 얼마나 내려갔느냐.
이걸 0과 1로 저장한다.
예컨대 파장의 올라간 부분과 내려간 부분을 전압이라고 치자. 제일 높이 올라간 점이 5V라고 하고 제일 낮은 점이 0V라고 하면 파동은 그 사이에서 오르락내리락 하겠지. 시간 순서대로 말이다.
111, 110, 101, 100, 011, 010, 001, 000 이렇게 숫자 3개씩 보자. 111이 110보다 크지. 그럼 더 높이 올라간걸로 치자. 011이 센터라고 치면 000은 존나 내려간것.
그러니까 111이 5V고 000이 0V라고 하면 위의 숫자는 8개니까 8단계로 소리의 오르내림, 파동을 그려낼 수 있는 거다.
3자리로 짤라서 정보를 존나게 저장해대면 음악이 저장되는 것이다.

이 원리로 비디오도 저장 된다.
비디오는 영상이잖아? 이전 터치스크린 글 읽어보면 느끼겠지만 영상은 좌표다.
좌표상 어느 점은 빨간색이 10, 초록색이 5, 파란색이 0 이렇게 빛난다 하고 저장해주는거임.
이렇게 저장하려면 RGB 각각 10단계이고, 그러니까 30개의 정보가 픽셀 하나당 저장 되어야 하는 것.
옛날 비디오가 왜 흑백이었는지는 이제 왜 그런지 알 거다. 컬러는 저장해야 하는 정보가 존나 크거든. 그리고 이 정보들은 다 0과 1의 조합으로 이루어진다.


- 플로피 디스크, 하드 디스크, CD롬
얘네는 전부 위의 테이프를 극단적으로 발전시킨 저장장치들이다. 기본적으로 LP판과 같음. LP판에다가 자성물질을 발라놓은 거다.
셋 다 구조를 뜯어보면 LP판을 대고 핀으로 읽어내는 구조다.
판때기에 테이프를 감아놓듯이 둥글게 존나 자성물질을 동심원으로 찍찍 발라놓고 0과 1의 정보를 저장.
그리고 그걸 뱅글뱅글 돌리면서 핀으로 0과 1의 순서, 배열을 죽 읽어낸다.
그 돌아가는 속도는 1초에 5000번, 7000번 돌아간다. 존나 빨리 돌아가는 거.

플로피 디스크와 하드 디스크는 물리적인 핀이 직접 다가가서 읽어내는데 CD롬은 좀 다르다.
플로피/하드 디스크는 살짝, 머리카락보다 몇십배 얇고 담배연기입자보다 훨씬 작은 틈을 두고 자석이 핀끝에 있어서 신호를 읽어낸다. N극이 닿으면 1이고 S극이 인식되면 0.

CD롬은 레이져를 쓴다. CD롬 판때기에 레이져로 홈을 파놓는거다. 그러면 그 홈을 다시 레이져로 읽어낸다.
레이져가 돌아오는 시간을 따져서 어느 시간 이상이면 1이고 어느 시간 이하면 0이고.

- SSD, USB
얘네가 이제 진짜배기들이다.
반도체가 들어간다. 반도체 알제? 작은 칩에 트랜지스터라는게 수십억개가 들어간다.
트랜지스터가 뭐냐. 이건 작은 건전지라고 생각하면 된다. 티끌보다 작은 건전지임. 건전지가 충전이 된 상태면 1이고 방전된 상태면 0이다.
이 1과 0을 끊임없이 반복시키면서 정보가 저장되고 변환되고 하는 것이다.

USB를 뜯어보면 작은 검은색 칩이 있을 거다. 그 안에는 네모낳게 칸칸이 엄청나게 나뉘어져 있다.
그 칸마다 디지털 정보를 저장한다. 0과 1을 저장하는 거지.
그 칸을 각각 cell 세포라고 한다. 셀이라고 하면 됨.
이 셀이 12개 있는 작은 단위가 20억개 있으면 256MB짜리 저장장치가 된다. 존나 보잘것 없지 않냐?
그래서 이 셀을 얼마나 가깝게 만드느냐, 셀이 있는 칩셋을 얼마나 가깝게 붙여놓느냐 하는 게 저장용량을 결정한다.

뿐만 아니라 셀에 저장할수 있는 정보는 0과 1뿐만이 아니다.
Cell에 층을 만들어서 1층에 전자가 꽉차면 1이고, 덜 차거나 안 차면 0이라고 하자.
그러면 이 cell이 2층까지 있으면 2bit 짜리가 되는 거. 한 cell의 1층에 0과 1, 2층에 0과 1 이렇게 저장되면 11, 10, 01, 00 이렇게 4가지가 저장 되지?
8bit면 8층짜리다. 지금 컴퓨터는 몇 비트인지 아냐?

SSD는 이런 셀이 수십억개가 나노미터 거리를 두고 빼곡히 붙어있는 것들이다.
나노미터는 0.000000001m다. 당연히 머리카락보다 얇다. 1000배나. 30나노미터 정도 거리를 두면 좀 좋은 거임.
그것들을 칩으로 만들어서 여러개로 붙여놓은거.

그러니까 결론적으로 말하면 이전 글 반도체를 만드는데
그걸 nm단위로 만들어서 빼곡히 붙여놓은 것.
그 안에는 cell이 있는데 층층이 나뉘어져서 전자가 들어왔다 나갔다 한다.
이 전자가 들어오면 1이고 나가면 0이 되는 것.
건물을 지어놓는 거랑 마찬가지다.


3. 잡소리
-디램과 낸드플래쉬
DRAM이라는게 있고 NAND FLASH라는게 있다.
요새 가장 핫한 것들임.
간략하게만 소개한다. 이 둘의 차이는 휘발성이다. 디램은 정보가 지워진다. 알아서 전자가 빠져나간다는 뜻. 그래서 주기적으로 다시 들여줘야 함. 낸드 플래쉬는 사라지지 않아서 계속 정보가 저장되어있다. 이게 큰 차이다.

DRAM과 SRAM으로 구별하는데 구조의 차이다. 디램이 좀더 간단함.
낸드플래쉬는 논리구조. 그러니까 회로의 차이다.

트랜지스터를 어떻게 배열시키느냐, 즉 반도체 구조가 어떻게 짜여져 있느냐에 따라 다른 것.

-저장매체의 수명
사진이나 영화 필름은 빛을 계속 받으면 형광물질들이 조금씩 변화하기 시작한다. 또 공기중의 분자들 때문에 옅어진다. 우리의 추억이 흐려져버려.
엘피판의 경우에는 시간이 지나면 먼지도 쌓이고 홈을 파놓은 것들이 마모 되어서 못 듣게 된다.
비디오테이프나 카세트는 먼지가 붙거나 자석이 닿으면 쉽게 망가져버린다. 또 재생 중에 뭐가 삐끗나거나 띠가 찢어지거나 하면 배열이 망가져서 못 쓰게 된다.
씨디도 겉의 유리부분이 손상이 가기 쉬운데 자연적으로도 그렇게 되기도 한다.
하드디스크의 핀은 고장이 잘 나기도 하고, 하드디스크의 판때기도 그 자석 배열이 잘 흐트러진다.
USB와 SSD라고 다르랴. 반도체 원리에서 봤겠지만 산화막이라는 보호막이 있다. 정보를 쓰고 지우고 하면서 전자가 cell에 드나들어야 하는데
산화막이 겉부분에 있어서 거기에 전자가 하나둘씩 쌓인다. 그러면 점점 방해가 되고 정보를 잘 읽지 못하고 속도가 느려진다. 어쩔 수 없는 부분.

저장매체는 반드시 수명이 존재한다. 수명이 무제한인 저장매체는 아마 라스코 동굴벽화와 우리의 기억 밖에 없을지도 모른다.

-저장매체를 만들어보기
저장매체는 누구나 만들 수가 있다.
그 원리는 바로 0과 1이다.
현대의 과학자들과 공학자들은 전기에서 그 방법을 찾은 것.
자석의 N극 S극 배열에서 찾기도 하고,
전자가 가득 찬 상태를 1, 빈 상태를 0이라고 하기도 하고,
전기가 흐르면 1이고, 안 흐르면 0이라 하기도 한다.
우리 몸도 마찬가지로 신경세포가 정보를 전달한다. +2만큼의 전기를 가진 원자가 있고, +1만큼의 전자를 가진 원자가 있을 때 세포 안으로 +2가 들어오고 +1이 세포 밖으로 나가면 세포 안이 상대적으로 1이 더 크잖아? 그러면 1의 정보가 전달되는 거다.

그러니까 0과 1을 구분할 방법만 찾으면 누구나 저장매체를 만들 수 있다.
이것이 바로 400년 전, 1671년에 최초의 컴퓨터를 만든 사람이 발견한 위대한 원리이다.

참고로 컴퓨터 저장매체로 가게 되면, 천공카드라는게 있는데 아주 간단히 카드를 수십개 주고 어떤 거에는 구멍을 뚫어놓는 거다.
구멍이 안 뚫려있으면 1이고 구멍이 뚫려있으면 0이고. 그러면 0과 1이 구별이 되지?

마지막. 양자컴퓨터라는 것이 있다. 양자 컴퓨터는 전자의 양자적 상태를 이용한다.
모든 것은 확률로 존재하잖아. 전자가 여기 있을 확률이 있고 없을 확률도 있어. 그렇다면?
전자가 들어오면 1이고 나가있으면 0인데 확률로 읽어내면 0일수도 1일수도 있잖아. 굳이 드나들 필요 없이.
그러면 0과 1이 동시에 존재하는 거니까, 이게 3비트만 되어도, 0 or 1이 3개니까 8개 정보가 한 번에 저장 되는 것.
양자상태가 아니라면 3비트일 때 011, 110, 111 이런 식으로 단 하나의 정보만 저장 되겠지. 111은 111 하나만을 알려주잖아.
암튼 그래서 양자컴퓨터를 만들려고 난리다. 저장용량의 혁신 뿐 아니라 계산 속도가 무제한으로 빨라질 수 있으니까.
지금 나노단위로 반도체와 cell을 만들고 있는데 그것도 언젠간 한계가 오겠지. 전자가 가깝게 있다면 서로 전기적 영향을 주고 받을 거고, 그걸 막을 방법은 한계가 있을 거니까.

오 나 개무식쟁이인데 언니 글 정말 귀하게 잘보고 있어 고마워 언니!!
st****** 2018-06-17
답글쓴이 돈주기   
와 글쓴이 너 임마 참 이해하기 쉽게 써줘서 너무 고맙다.
옛다!
la***** 2018-06-17
답글쓴이 돈주기   
수능 비문학 지문에 나올거같은 정보들임 실제로 터치스크린은 수특에 나온적 있고 ㅋㅋㅋㅋ 언니 왤케 늦게 글써준거야!!!!!!!!엉엉
an***** 2018-06-17
답글쓴이 돈주기   
와 나 처음 돈줌 과학잡지 읽는거같애!
jh**** 2018-06-17
답글쓴이 돈주기   
이쯤되면 글쓴이의 정체가 궁금해진다
gr****** 2018-06-17
답글쓴이 돈주기   
제목보고 반도체언니구나 했다
일단 돈드림
마루 2018-06-17
답글쓴이 돈주기   
오 또 글팠네
이번것두 아주 쉽고 유익함
짱짱걸
pa****** 2018-06-17
답글쓴이 돈주기   
ㄴㄴ양자컴퓨터에 대해서 좀 더 알려주라
here 2018-06-18
답글쓴이 돈주기   
언니 그러면 옛날에 흑백으로 개봉한 영화들을 컬러로 복원?해서 다시 개봉하는 경우가 있잖아. 그건 어떻게 하는거야??
ta*** 2018-06-18
답글쓴이 돈주기   
진짜 사랑해
la***** 2019-11-20
답글쓴이 돈주기   

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