자기 드럼
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1. 개요
자기 드럼은 1932년 구스타프 타우셰크가 개발한 최초의 자기 메모리 장치로, 원통형 표면에 자성 물질을 코팅하여 데이터를 저장하는 방식이다. 1950년대부터 1960년대까지 컴퓨터의 주 기억 장치로 널리 사용되었으며, IBM 650과 같은 초기 컴퓨터에 탑재되었다. 자기 드럼은 고정된 헤드를 사용하여 각 트랙의 데이터를 읽고 쓰는 방식으로 작동하며, 프로그래머는 성능 향상을 위해 코드 배치를 최적화하는 최적 프로그래밍을 수행하기도 했다. 1968년 한국과학기술연구소(KIST)에서 개발한 전자계산기 KIST-1에도 자기 드럼 메모리가 사용되었다. 이후 자기 코어 메모리와 자기 디스크 장치에 의해 대체되어 쇠퇴했다.
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| 자기 드럼 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 자기 저장 장치 |
| 개발 시기 | 1932년 |
| 발명가 | 구스타프 타우셰크 |
| 용도 | 컴퓨터 메모리 |
| 대체 기술 | 자기 코어 메모리, 반도체 메모리 |
| 역사 | |
| 개발 | 1932년, 구스타프 타우셰크가 개발함. 1950년대 ~ 1960년대에 컴퓨터의 주요 메모리 형태로 사용됨. |
| 사용된 컴퓨터 | 아타나소프-베리 컴퓨터 IBM 650 페란티 마크 1 EDSAC UNIVAC |
| 기술적 특징 | |
| 구조 | 회전하는 원통형 드럼 표면에 자성 물질을 코팅하고, 여러 개의 읽기/쓰기 헤드를 배치함. |
| 작동 방식 | 드럼이 회전하면서 헤드가 데이터를 읽거나 씀. |
| 접근 시간 | 드럼의 회전 속도에 따라 결정됨 (초기에는 밀리초 단위). |
| 용량 | 초기에는 수 킬로바이트에서 수 메가바이트까지 다양함. |
| 장점 | 비교적 간단한 구조 비휘발성 |
| 단점 | 느린 접근 시간 큰 물리적 크기 전력 소비 |
| 참고 사항 | |
| 대체 기술 | 자기 코어 메모리, 반도체 메모리 등의 기술 발달로 인해 점차 대체됨. |
| 현재 | 현재는 거의 사용되지 않지만, 컴퓨터 역사의 중요한 부분으로 남아 있음. |
2. 역사
자기 드럼 메모리는 1932년 구스타프 타우셰크에 의해 개발된 이후, 1950년대부터 1960년대에 걸쳐 컴퓨터의 기억 장치로 널리 사용되었다. 1946년과 1947년에 공학 연구 협회(ERA)는 미국 해군을 위해 자기 드럼을 개발했으며,[8] 1947년 6월 19일에 해군에 보고되었다.[8] 런던 대학교 버크벡 칼리지,[9] 하버드 대학교, IBM, 맨체스터 대학교에서도 드럼 저장 장치 개발이 진행되었다.
IC에 의한 RAM이 개발되어 대량 생산되기 전, 고속 주 기억 장치용 기억 소자로는 자기 코어 메모리가 사용되었다. 그러나 자기 코어 메모리는 비쌌기 때문에, 저렴한 기계는 주 기억 장치로 자기 드럼을 다용했다. 그 후, 주 기억 장치용으로는 자기 코어 메모리와 IC RAM의 가격 하락에 의해 대체되었고, 보조 기억 장치용으로는 자기 디스크 장치로 대체되어 갔다.
BSD Unix와 그 파생 제품에서 `/dev/drum`은 기본 가상 메모리 (스왑) 장치의 이름이었으며,[11] 이는 가상 메모리의 페이지에 대한 백업 저장 장치로 드럼 보조 저장 장치를 역사적으로 사용한 데서 유래되었다. 자기 드럼 메모리 장치는 1960년대 초부터 1990년대 중반의 REACT 업그레이드까지 미니트맨 ICBM 발사 통제 센터에서 사용되었다.
2. 1. 초기 역사
1932년, 오스트리아의 구스타프 타우셰크(Gustav Tauschek)가 최초의 자기 드럼 메모리를 개발했으며, 약 500,000 비트 (62.5 킬로바이트)의 용량을 가졌다.[2]1942년, 아타나소프-베리 컴퓨터는 드럼 메모리를 사용한 최초의 작동 컴퓨터 중 하나였다. 하지만 정보를 저장하기 위해 자기가 아닌 캐패시턴스를 사용했다. 드럼의 외부 표면은 내부에 포함된 캐패시터로 연결되는 전기 접점으로 덮여 있었다.
2. 2. 개발 경쟁
1940년대 후반, 미국 해군의 지원을 받아 공학 연구 협회(ERA)에서 자기 드럼을 개발했다.[8] ERA의 실험 연구는 1947년 6월 19일에 해군에 보고되었다.[8] 런던 대학교 버크벡 칼리지,[9] 하버드 대학교, IBM, 맨체스터 대학교에서도 독자적으로 드럼 메모리 개발을 진행했다.ERA의 드럼은 1950년 10월 미국 해군에 인도된 ATLAS-I 컴퓨터에 탑재되었으며, 이후 ERA 1101 및 UNIVAC 1101과 같이 상업용 컴퓨터에도 사용되었다. 합병 및 인수를 통해 ERA는 UNIVAC의 부서가 되었고, 1956년에는 UNIVAC 파일 컴퓨터의 일부로 Series 1100 드럼을 출시했다. 각 드럼은 180,000개의 6비트 문자(135 킬로바이트)를 저장했다.[10] 최초의 대량 생산 컴퓨터인 IBM 650(1954년)은 처음에는 최대 2,000개의 10자리 단어(약 17.5 킬로바이트)를 저장할 수 있는 드럼 메모리를 탑재했으며, 이후 모델 4에서는 4,000 단어(약 35 킬로바이트)로 용량이 두 배가 되었다.
2. 3. 대중화와 쇠퇴
1954년, IBM은 대량 생산 컴퓨터인 IBM 650에 드럼 메모리를 탑재했다. 초기 모델은 약 17.5 킬로바이트, 이후 모델은 약 35 킬로바이트의 용량을 가졌다.[10] 자기 드럼 메모리는 1960년대까지 주 기억 장치 및 보조 기억 장치로 널리 사용되었지만, 자기 코어 메모리와 반도체 메모리(RAM)의 가격 하락으로 인해 주 기억 장치 자리를 내주게 되었다. 보조 기억 장치로는 자기 디스크 장치(HDD)에 밀려 점차 사라졌다.BSD Unix와 그 파생 제품에서는 가상 메모리(스왑) 장치를 '/dev/drum'으로 명명했는데,[11] 이는 드럼 보조 저장 장치를 백업 저장 장치로 사용했던 역사에서 유래했다. 미니트맨 ICBM 발사 통제 센터에서는 1990년대 중반까지 자기 드럼 메모리 장치가 사용되었다.
3. 기술적 설계
자기 드럼은 외부 표면에 강자성체 기록 재료가 코팅된 큰 금속 원통을 사용하여 데이터를 저장하는 장치였다. 하드 디스크 드라이브(HDD)의 전신으로 볼 수 있지만, 평평한 디스크가 아닌 드럼(원통) 형태였다는 점이 특징이다.
드럼이 주 기억 장치로 사용되던 시절, 프로그래머들은 최적 프로그래밍을 통해 성능을 향상시키고자 했다. 예를 들어, SOAP(Symbolic Optimal Assembly Program)과 같은 어셈블러는 다음 명령어가 헤드 아래에 정확히 위치하도록 코드를 드럼에 배치하여 회전 지연 시간을 최소화했다.[7] 이러한 시간 보정 방법은 "건너뛰기 팩터" 또는 "인터리빙"이라고 불렸으며, 오랫동안 저장 메모리 컨트롤러에서 사용되었다.
자기 드럼 메모리는 1950년대부터 1960년대까지 컴퓨터의 기억 장치로 널리 사용되었다. IC 기반 RAM이 대량 생산되기 전에는 자기 코어 메모리가 고속 주 기억 장치로 사용되었지만, 코어 메모리는 비싸다는 단점이 있었다. 속도는 느리지만 대용량 저장 장치가 필요한 수요에 따라 자기 드럼이 주 기억 장치 및 보조 기억 장치로 활용되었다. 저렴한 기계는 대량 생산되어 널리 보급되었고, 컴퓨터를 ''드럼 머신''이라고 부르기도 했다. 이후 자기 코어 메모리와 IC 기반 RAM의 가격 하락, 그리고 자기 디스크 장치의 등장으로 인해 자기 드럼은 점차 대체되었다.
3. 1. 구조
자기 드럼은 강자성체 기록 재료로 표면이 코팅된 큰 금속 원통이다. 하드 디스크 드라이브(HDD)의 원반을 드럼 형태로 만든 것과 같으며, 읽기-쓰기 헤드가 드럼에 부착되어 있고 각 헤드에 대응하는 트랙이 존재했다. 대부분의 설계에서 하나 이상의 고정된 읽기-쓰기 헤드 열이 각 트랙당 하나씩 드럼의 긴 축을 따라 배치되었다. 드럼 컨트롤러는 적절한 헤드를 선택하고 드럼이 회전하면서 (회전 지연 시간) 데이터가 해당 헤드 아래에 나타날 때까지 기다렸다. 모든 드럼 장치가 각 트랙에 자체 헤드를 갖도록 설계된 것은 아니었다. English Electric DEUCE 드럼 및 UNIVAC FASTRAND와 같은 일부는 현대 HDD처럼 드럼에서 짧은 거리를 이동하는 여러 개의 헤드를 가지고 있었다.[5]드럼과 디스크의 큰 차이점은 드럼에서는 자기 헤드를 이동시키지 않는다는 점이다. 따라서 탐색 시간이 없어 디스크보다 빠르게 읽고 쓸 수 있었다. 컨트롤러는 드럼의 회전에 의해 데이터가 자기 헤드에 도달하기를 기다리기만 하면 되었다. 드럼의 성능은 회전 속도에 의존했지만, 디스크의 경우 헤드 이동 속도가 문제가 되었다. 반면, 용량이 적다는 단점이 있었다.
3. 2. 헤드 기술
1953년 11월, 하겐(Hagen)은 실험적인 판금 드럼에서 자기 헤드의 "공기 부상"을 공개했다.[5] 1954년 1월, IBM의 바우마이스터(Baumeister)는 "빠르게 회전하는 자기 드럼 위에 자기 헤드를 균형 있게 유지하기 위한 스프링 장착 및 공기 지지 슈"에 대한 미국 특허를 출원했다.[6] 플라잉 헤드는 드럼 및 하드 디스크 드라이브에서 표준이 되었다.3. 3. 주소 지정
주 기억 장치로 사용되는 자기 드럼 장치는 워드 단위로 주소가 지정되었다. 보조 저장 장치로 사용되는 드럼 장치는 블록 단위로 주소가 지정되었다. 장치에 따라 여러 가지 블록 주소 지정 모드가 가능했다.[5]| 주소 지정 모드 |
|---|
| 블록은 전체 트랙을 차지했으며 트랙별로 주소가 지정되었다. |
| 트랙은 고정 길이 섹터로 나뉘었고 주소 지정은 트랙 및 섹터별로 이루어졌다. |
| 블록은 가변 길이였으며 블록은 트랙 및 레코드 번호별로 주소가 지정되었다. |
| 블록은 키가 있는 가변 길이였으며 키 내용으로 검색할 수 있었다. |
일부 장치는 논리적 실린더로 나뉘었고 트랙별 주소 지정은 실제로 논리적 실린더 및 트랙이었다.
4. 최적화
드럼이 주 작업 메모리로 사용되던 시대에 프로그래머들은 성능 향상을 위해 최적 프로그래밍을 하는 경우가 많았다.[7] 프로그래머(또는 어셈블러(예: SOAP)는 다음 명령어가 헤드 아래에 딱 맞춰 도착하도록 드럼에 코드를 배치하여 회전 지연 시간을 최소화했다. 이들은 명령어를 로드한 후 컴퓨터가 다음 명령어를 읽을 준비가 될 때까지 얼마나 시간이 걸리는지 시간을 측정하여, 해당 명령어가 헤드 아래에 딱 맞춰 도착하도록 드럼에 배치했다. "건너뛰기 팩터" 또는 "인터리빙"이라고 하는 이 시간 보정 방법은 오랫동안 저장 메모리 컨트롤러에서 사용되었다.[7]
참조
[1]
특허
US Patent 2,080,100
https://docs.google.[...]
Gustav Tauschek
1932-08-02
[2]
웹사이트
Magnetic drum
http://cs-exhibition[...]
2011-08-21
[3]
간행물
"For Bendix and Ramo-Wooldridge, the G-20 and RW-400 were parallel core machines rather than serial drum machines of the type already in their product lines."
Datamation
1967-09
[4]
서적
Computer Storage Systems & Technology
Wiley
1977
[5]
서적
Computers and Automation 1953-11: Vol 2 Iss 8
https://archive.org/[...]
Berkeley Enterprises
1953-11-01
[6]
웹사이트
US Patent 2,862,781 RECORDING SUPPORT DEVICES
https://patentimages[...]
1958-12-02
[7]
매뉴얼
SOAP II - Symbolic Optimal Assembly Program for the IBM 650 Data Processing System
http://bitsavers.org[...]
IBM
[8]
서적
Magnetic Recording: The First 100 Years
https://books.google[...]
Wiley-IEEE
[9]
학술지
The Development of Computer Programming in Britain (1945 to 1955)
1982-04
[10]
학술지
Sperry Rand's First-Generation Computers, 1955–1960: Hardware and Software
2004-10
[11]
웹사이트
FreeBSD drum(4) manpage
http://www.freebsd.o[...]
2013-01-27
[12]
웹사이트
The History of Computing Project：1927-1937
http://thocp.net/tim[...]
[13]
문서
자기 드럼
《글로벌 세계 대백과》
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