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  硬盘技术发展史

      尽管硬盘不能用摩尔定律来给她定义发展历程, 可是更新换代是肯定必不可少的, 不论是自身的发展需要也好, 还是其它设备给硬盘行业的间接施压也好我们总是需要看到发展看到进步。

      硬盘是一个半导体与机械的集合体因此她的发展并不能如半导体那样迅猛, 虽然我们依然看到的是一个技术稳步发展的局面, 可是硬盘技术又开始前进了, 而且加大了步伐。

      因为太多的周边发展已经将硬盘推到了一个不得不进行革命的悬崖边上, 不光是接口速度, 还有硬盘的容量。我们的宽带的发展, 千兆网卡平民化应用。DVD影音文件, 刻录机的兴起也都很快能够将我们的现有硬盘蚕食待尽, 难说等HDTV普及的时候又会是一个什么样的格局。

      硬盘要走的路还任重而道远, 她并没有像显卡”兔子”那样跑的那么快, 还有的时间坐下来休息, 尽管如此相信伴随着我们生活质量的提高硬盘也不会辜负我们对她的期望。

硬盘的发展简史

1956年9月: 第一块硬盘诞生
       IBM 的公司的一个工程小组将世界上首个”硬盘”展示给了大家, 它并不是我们现在所说的完整意义上的硬盘, 它仅仅是一个磁盘储存系统, 现在来看较为落后的机械组件, 庞大的占地面积, 不由让人胆寒。她的名字叫做IBM 350 RAMAC( Random Access Method of Accounting and Control) 。

我们能够看到图中左边的那个机轨, 中间的一个圆柱体容器, 就是我们现在硬盘盘片的雏形。

1968年: "温彻斯特"技术横空出世
      IBM 颠覆了之前自己的设计, 重新提出了”温彻斯特”( Winchester) 技术的可行性, 这次的提出的技术则奠定了以后硬盘所发展的方向, 。”温彻斯特”技术的精隋在于提出了: ”密封、 固定并高速旋转的镀磁盘片, 磁头沿盘片径向移动, 磁头悬浮在高速转动的盘片上方, 而不与盘片直接接触”, 这也同样是我们现在硬盘所走的道路。
      温彻斯特技术的主要内容还有是: 头盘组合件, 磁头、 盘片、 主轴等运动部分密封在一个壳体中, 形成一个头盘组合件(HDA), 与外界环境隔绝, 避免了灰尘的污染。磁头浮动块, 采用小型化轻浮力的磁头浮动块, 盘片表面涂润滑剂, 实行接触起停。即平常盘片不转时, 磁头停靠在盘片上, 当盘片转速达一定值时, 磁头浮起并保持一定的浮动间隙。
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      这样简化了机械结构, 缩短了起动时间。而这种设计的磁头与磁盘是一一对应的, 磁头读出的就是它本身写入的, 信噪比等等都比从前好很多, 因此存储密度得到了提高, 存储容量同样也随之增加了。”温彻斯特(Winchester)”技术的创造, 无疑是为现在的硬盘发展打下了一个很好的契机。就是现在的上百G的硬盘依然在使用这种”技术”, 在5年之后也就是1973年IBM终于推出了使用温彻斯特技术的第一块硬盘, 型号为3340, 它采用14英寸的规格, 由两个分离的盘片构成(一个固定的和一个可移动的), 每张盘片容量为30MB。而且硬盘首次使用了封闭的内部环境, 并进一步发展了气动学磁头技术, 将磁头与盘片之间的距离缩短到了17微英寸。
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1973年: 第一块"温彻期特"硬盘诞生
      在这一年, IBM公司制造出第一台采用"温彻期特"技术的硬盘, 成功实现技术到产品的转换, 实现硬盘制造的一大突破, 奠定硬盘技术的发展有了正确的结构基础。它仍是14英寸的规格, 由两个分离的盘片构成( 一个固定的和一个可移动的) , 每张碟片容量为30MB。温彻斯特"硬盘首次使用了封闭的内部环境, 并进一步发展了气动学磁头技术, 将磁头与盘片之间的距离缩短到了17微英寸。今天的硬盘容量虽然高达上百GB, 但仍没有脱离"温彻斯特"硬盘的工作模式, 依然使用着当时的许多技术, 因此"温彻斯特硬盘"可称为"现代硬盘之父"。
现在大家所用的硬盘大多是此技术的延伸。

1979年: IBM创造薄膜磁头
      IBM公司再次走在硬盘开发技术的前列, 创造了薄膜磁头( Thinfilm Head) , 为进一步减小硬盘体积、 增大容量、 提高读写速度提供了可能。
      同年, IBM的两位员工 AlanShugart和FinisConner离开IBM后成立了希捷公司(Shugart Technology公司, 也就是后来的Seagate希捷公司)开发了像5.25英寸软驱那样大小的硬盘驱动器。次年, 希捷发布了第一款适合于微型计算机使用的硬盘, 容量为5MB, 体积与软驱相仿。

80年代末期: IBM创造了MR磁头
      IBM 又一次为电脑行业做出了巨大的贡献, 推出了名为MR HEAD( ( Magneto Resistive)) 的东西, 这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感, 使得盘片的存储密度能够比以往每英寸20MB的容量提高了数十倍, 她工作方式在于将读写两个磁头分开, 读写磁头不再具电感特性, 而是对磁场变化相当敏感的电阻特性磁头。
      另外, 不再受限于磁场切割速度的问题, 而能够针对读写的不同特性来进行适应以达到最佳状态, 因此能够突破薄膜磁头在磁盘密度的瓶颈, 大幅度提升磁盘的密度。另外, MR磁头是经过阻值变化而并不是电流变化来感应信号的幅度, 因而对信号变化相当敏感, 读取数据的准确性也大大的得到提高提高。而且由于读取的信号幅度与磁道宽窄无关, 因此磁道能够做得很窄, 从而提高了盘片密度, 达到200MB/平方英寸, 而使用传统的磁头只能达到20MB/平方英寸, 这也是MR磁头的先进之处, 也是后来被广泛应用的原因。

1991年: IBM生产3.5英寸的硬盘, 硬盘的容量首次达到了1GB　
      1991 年IBM生产的3.5英寸的硬盘使用了MR磁头, 使硬盘的容量首次达到了1GB, 从此硬盘容量开始进入了GB数量级。硬盘的发展逐渐加快了脚步, 真正的步入了G时代, IBM公司这样的业界巨头作出这样的产品( 0663-E12) 其实一点也不让人觉得奇怪。这款硬盘应用了先进的MR磁头, 当然她不光是打破了 G的硬盘记录这个简单, 同时它还是首个3.5寸的硬盘。由此3.5寸也成为了现代台式计算机的结构标准。

90年代后期: GMR磁头技术问世
      GMR 是GiantMagnetoresistive的缩写, 中文名称被我们叫做巨磁阻磁头, 她与MR磁头同样是采用了特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据, 但唯一的不同之处在于巨磁阻磁头使用了磁阻效应( 关于磁阻效应我想我不用多做介绍上过大学的朋友估计对这个磁电效应的分枝是很清楚的) 更好的材料和多层薄膜结构, 因此她更增强了读取的敏感度, 相同的磁场变化能引起更大的电阻值变化, 从而能够实现更高的存储密度, 现有的MR磁头能够达到的盘片密度为3Gbit－5Gbit/in2(千兆位每平方英寸), 而GMR磁头能够达到10Gbit-40Gbit/in2以上。

1999年: 单碟容量高达10GB的ATA硬盘面世
      1999 年这是我们与历史产生隔膜的一年相信不少的电脑爱好者都是从这年以后才开始接触电脑的, 然而在这之前硬盘还一直在6.4G左右打转。一直没有新的突破, 然而就在这年著名的硬盘公司Maxtor, 也就是迈拓推出了她的DiamondMax 40产品, 也就是钻石九代。单碟磁盘容量达到了10G这样前所未有的情况( 现在看似乎有些可笑了) 也就是这样的情况促使了大容量硬盘的诞生。从此硬盘发展的脚步又开始放快, 一直不停歇的到了 。经历了价格波动, 接口波动, 电机转速等等。基本已经将我们带入了一个民用硬盘暂时的顶峰状态。

: 高速硬盘问世; 新材质硬盘诞生
       年2月23日, 希捷又推出转速高达15000RPM的Cheetah X15系列硬盘, 其平均寻道时间只有3.9ms, 这可算是当时世界上最快的硬盘了, 同时它也是到当前为止转速最高的硬盘。当时来讲家用硬盘已经开始攀比速度, 希捷的这次SCSI速度革命不外乎, 树立自己在SCSI行业中形象之外, 还有就是要彻底拉开SCSI硬盘与IDE家用硬盘之间的差别, 以来保证 SCSI硬盘在行业中的地位, 同自己的利润增长点。
       Cheetah X15系列硬盘的性能确实让人YY, 就是现在也能够说YY程度不减当年, 她相当于阅读一整部Shakespeare只花.15秒。此系列产品的内部数据传输率高达48MB/s, 数据缓存为4~16MB, 支持Ultra160/m SCSI及Fibre Channel(光纤通道), 这将硬盘外部数据传输率提高到了160MB~200MB/s。总得来说, 希捷的此款Cheetah X15系列将硬盘的性能提高到了一个新的里程碑。
       年3月16日又到了盘片革命的时间了, IBM将自己苦心研究多年的”玻璃盘片”拿出来台面, 而且推出了两款采用这个盘片的硬盘这就是IBM的 Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV此两款硬盘均使用玻璃取代传统的铝作为盘片材料, 这能为硬盘带来更大的平滑性及更高的坚固性。
       另外玻璃材料在高转速时具有更高的稳定性。另外Deskstar 75GXP系列产品的最高容量达75GB, 是当时最大容量的硬盘, 而Deskstar 40GV的数据存储密度则高达14.3十亿数据位/每平方英寸, 这再次涮新数据存储密度世界记录。然而好景不长, 这为之后IBM的倒掉埋下了伏笔, 时隔两年之后腾龙系列的硬盘纷纷出现问题, 暴露出了玻璃盘片的严重质量缺陷。
虽然此时IBM开始悬崖勒马, 开始当腾龙5推出的时候继续采用了铝质盘片。但这些都无法挽救这个品牌给消费者所带来的心理阴影。作了几十年的老大一失足成千古恨阿。至今不得不将硬盘部门转手日立了。

: 新的磁头技术, 仙尘技术
       此时的全部硬盘几乎均采用GMR, 该技术当前最新的为第四代GMR磁头技术。另外还有一种叫做TMR ( tunnelingmagnetoresisitive) 磁头技术, 该技术是由TDK公司采用TMR薄膜试制成功的, 并制造出了硬盘设备。据悉, 该 TMR磁头的再生输出以及面密度均与GMR磁头相同。
      同年５月, IBM发布”仙尘”技术( Pixie Dust) , 这种技术经过一种名为AFC的抗铁磁耦合介质, 在硬盘内部存储数据的盘面上加上薄薄的一层钌元素。它能够克服当存储设备的存储密度到达一定限度的时候所出现的超磁效应。这样磁盘的存储密度就能进一步上升, 能使磁盘存储更多的数据。

: 转速、 容量和接口巨大突破
      转速: 相比起其它技术参数, IDE硬盘的主轴转速自从由5400RPM发展到7200RPM之后就似乎到了极限, 以至于让人认为7200RPM就是IDE硬盘的终极转速。进入 , 我们看到5400转硬盘由于受到7200转硬盘的价格压迫以及自身的性能劣势似乎已经走到了尽头, 一个时代的终结时候暗示着另一个时代的开始呢? 西数名为RAPTOR的万转SATA硬盘的发布打破了多年以来的沉静, 10000RPM的设计使这款硬盘超越了当前7200转硬盘的发展潜能, 定必会将桌面硬盘的发展推向一个新的高峰, 让我们拭目以待!
      碟片与容量: 世界上第一块温彻斯特硬盘IBM 3340的容量是60M, 而今天主流硬盘的容量大约是它的1000倍。虽然单从速度衡量, 当今的主流存储设备的发展并不能让人满意, 与人们的期望依然存在不少的差距, 但另一方面我们也不能否定了存储设备正在不断进步, 而且进步的幅度越来越大。在这一年里, 我们很高兴的看到了硬盘在容量方面取得了长足的进步, 这归功于磁介质存储技术在存储密度方面的突破。一年内硬盘的单碟容量从40GB提高到了80GB, 整整翻了一番, 其速度绝不亚于摩尔定律。更令人兴奋的是, 在迈拓的Big Drive技术突破了137GB的容量限制之后, 当前的桌面硬盘容量记录已经达到了200GB( Maxtor针对数据服务用途的MaXLine系列更达到 300GB) , 对于一般用户而言这绝对算得上是”海量”了。但遗憾的是容量和速度这两大要素在存储设备身上是相对独立的, 彼此之间关系不大, 因此我们看到主流硬盘的外部数据传输率的提升在10MB/s以内, 与容量的提升幅度相比实在有些说不过去。正如我们前面所说的, 存储设备要想有所突破就必须在技术上有所创新。
       接口: 为了在速度上实现突破, 我们迎来了SerialATA。SerialATA是今年硬盘业界的焦点, 这项由Intel和 Seagate两大巨头牵头的接口技术与传统的并行ATA技术相比有着明显的优势。鉴于”服役”了超过 的IDE接口无论在寻址能力还是在传输带宽方面都接近了技术极限, 为了为硬盘的速度的进一步提高扫清障碍, 发展未来的硬盘传输接口十分重要。SerialATA高频率、 大容量和高带宽的特点是未来硬盘发展所必须的, 有望解决未来几年内硬盘传输界面问题。与接口的发展一日千里相比, 让人感到遗憾的是, 在这一年里我们并没有看到任何在存储介质和磁头技术上的突破, 毕竟这才是束缚硬盘发展的关键所在。希望今年业界能让我们有所惊喜。
       缓存: 相信一年之前没有人会想到小小的缓存在硬盘的性能上会扮演如此重要的角色。西数的大胆尝试取得了意想不到的成功, 也给各大厂商带来了很好的借鉴。毕竟要从磁头、 介质这些核心部分去提高硬盘的性能需要花费更多的技术力量, 而适当的增大缓存的容量不但简单可行, 而且成本方面也不会有太大增加, 但性能的提升却十分明显。酷鱼V, IBM 180GXP, 还有金钻9都提供了8MB缓存设计, 当然少不了的还有西数的JB系列。8MB缓存硬盘大有普及高性能桌面系统的趋势, 它的全面铺开相信会给用户带来一个全新的速度冲击。

计算机历史上最长寿的技术架构: ”温彻斯特”

       早在1956年, 国际商用机器公司(IBM)创造了世界上第一个磁盘存储系统IBM 350 RAMAC, 这个只有5MB的存储设备却拥有50个24英寸的盘片。在那个时代, RAMAC是令人吃惊的计算机设备——就其笨拙程度而言, 在今天毫无疑问也是令人吃惊的。
      1973 年, IBM研制成功了一种新型的硬盘IBM 3340。这种硬盘拥有几个同轴的金属盘片, 盘片上涂着磁性材料。它们和能够移动的磁头共同密封在一个盒子里面, 磁头能从旋转的盘片上读出磁信号的变化- -这就是我们今天是用的硬盘的祖先, IBM把它叫做温彻斯特硬盘。
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     ”温彻斯特”这个名字还有个小小的来历。IBM 3340拥有两个30MB的存储单元, 而当时一种很有名的”温彻斯特来复枪”的口径和装药也恰好包含了两个数字”30”。于是这种硬盘的内部代号就被定为”温彻斯特”。　　

      温彻斯特硬盘采用了一个了不起的技术: 它的磁头并不与盘片接触。能够想象, 如果要提高存取数据的速度, 硬盘的盘片就应该越转越快。可是如果磁头与盘片接触, 那么无论采用什么材料都不可能胜任这种工作。技术人员想到让磁头在盘片上方”飞行”, 与盘片保持一个非常近的距离。这个想法是可行的, 因为盘片高速旋转会产生流动的风, 只要磁头的形状合适, 它就能像飞机一样飞行。这样, 盘片就能旋转的很快而不必担心磨擦造成的灾难。磁头被固定在一个能沿盘片径向运动的臂上。由于磁头相对盘片高速运动, 而且二者距离很近, 哪怕是一丁点灰尘也会造成磁盘的损坏。因此, 盘片、 磁头和驱动机构被密封在了一个盒子里。
      1980年, 希捷(Seagate)公司制造出了个人电脑上的第一块温彻斯特硬盘, 这个硬盘与当时的软驱体积相仿, 容量5MB( 能够想象, 这种容量在今天什么也做不了, 可是在当时对于个人电脑却是个天文数字) 。
硬盘容量的提高依赖于磁头的灵敏度。如果磁头越灵敏, 就能在单位面积的区域上读出更多的信息。80年代的硬盘使用所谓的薄膜磁头, 后来, 研究人员找到了一种材料, 这种材料的电阻能随磁场的变化而变化, 这就是现在通用的”磁阻”磁头。高灵敏度的磁头为高密度的存储提供了可能。
　　今天, 尽管我们的硬盘能够储存数十甚至上百GB的信息, 它们的实质与1973年IBM创造的温彻斯特硬盘没有区别。那个盛有高速旋转的碟子的方盒, 依然是快速大量存取数据的最好选择。

一些老硬盘的图片

20M@1979

446M@1981( 富士通制造的10.5寸硬盘, 3600转, 446MB的容量, 81年的产品)

400M@1982( NEC制造的8寸硬盘, 3000转, 400MB的容量, 82年出品)

2.7G@1983( NEC制造的14寸硬盘DKU800, 3620转, 2.7GB的容量)

2.2G@1987

2.8G@1992( 富士通的8寸硬盘, 3600转, 2.8GB的容量, 92年出品)

2.5寸60G@ .4 

历史上第一台内置硬盘的PC