硬盤的基本知識(一)

    盡管硬盤不能用摩爾定律來給他定義發(fā)展歷程，但是更新換代是肯定必不可少的，不管是自身的發(fā)展需要也好，還是其它設備給硬盤行業(yè)的間接施壓也好我們總是需要看到發(fā)展看到進步。

    硬盤是一個半導體與機械的集合體所以他的發(fā)展并不能如半導體那樣迅猛，雖然我們仍然看到的是一個技術穩(wěn)步發(fā)展的局面，但是硬盤技術又開始前進了，并且加大了步伐。

    因為太多的周邊發(fā)展已經將硬盤推到了一個不得不進行革命的懸崖邊上，不光是接口速度，還有硬盤的容量。我們的寬帶的發(fā)展，千兆網卡平民化應用。DVD影音文件，刻錄機的興起也都很快可以將我們的現有硬盤蠶食待盡，難說等HDTV普及的時候又會是一個什么樣的格局。

    硬盤要走的路還任重而道遠，他并沒有像顯卡“兔子”那樣跑的那么快，還有的時間坐下來休息，盡管如此相信伴隨著我們生活質量的提高硬盤也不會辜負我們對她的期望。

    昨天：硬盤的發(fā)展簡史

    1956年9月：第一塊硬盤誕生

    IBM的公司的一個工程小組將世界上首個“硬盤”展示給了大家，它并不是我們現在所說的完整意義上的硬盤，它僅僅是一個磁盤儲存系統(tǒng)，現在來看較為落后的機械組件，龐大的占地面積，不由讓人膽寒。他的名字叫做IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control）。

    史上第一塊硬盤

    他的磁頭可以直接移動到盤片上的任何一塊存儲區(qū)域，從而成功地實現了隨機存儲，大家別看他個子比較大，以為容量就嚇人，其實他不過才有5M的空間。一共使用了50個直徑為24英寸的磁盤，這些盤片表面涂有一層磁性物質，并且堆疊在一起，通過一個傳動軸承是他可以順利的工作（真想看看那個時候的電機有多大。）盤片由一臺電動機帶動，只有一個磁頭，磁頭上下前后運動尋找要讀寫的磁道。盤片上每平方英寸的數據密度只有2000bit，數據處理能力為1.1KB/s。

    此款RAMAC在那時主要用于飛機預約、自動銀行、醫(yī)學診斷及太空領域內，推出之后便讓人大為震驚，不光是因為他的技術理念，因為有了他才有了后來的溫徹斯特，還有他的價格，當時推出的售價是35，000美元，平均每M要有7000美元的成本，想想現在我們真實太幸福了，每M連7分的成本都用不了。就是由此開始硬盤的發(fā)展之路。

    1968年："溫徹斯特"技術橫空出世

    IBM顛覆了之前自己的設計，重新提出了“溫徹斯特”（Winchester）技術的可行性，這次的提出的技術則奠定了以后硬盤所發(fā)展的方向，。“溫徹斯特”技術的精隋在于提出了：“密封、固定并高速旋轉的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動，磁頭懸浮在高速轉動的盤片上方，而不與盤片直接接觸”，這也同樣是我們現在硬盤所走的道路。

    溫徹斯特技術的主要內容還有是：頭盤組合件，磁頭、盤片、主軸等運動部分密封在一個殼體中，形成一個頭盤組合件(HDA)，與外界環(huán)境隔絕，避免了灰塵的污染。磁頭浮動塊，采用小型化輕浮力的磁頭浮動塊，盤片表面涂潤滑劑，實行接觸起停。即平常盤片不轉時，磁頭停靠在盤片上，當盤片轉速達一定值時，磁頭浮起并保持一定的浮動間隙。

    這樣簡化了機械結構，縮短了起動時間。而這種設計的磁頭與磁盤是一一對應的，磁頭讀出的就是它本身寫入的，信噪比等等都比從前好很多，因此存儲密度得到了提高，存儲容量同樣也隨之增加了。“溫徹斯特(Winchester)”技術的發(fā)明，無疑是為現在的硬盤發(fā)展打下了一個很好的契機。就是現在的上百G的硬盤仍然在使用這種“技術”，在5年之后也就是1973年IBM終于推出了使用溫徹斯特技術的第一塊硬盤，型號為3340，它采用14英寸的規(guī)格，由兩個分離的盤片構成(一個固定的和一個可移動的)，每張盤片容量為30MB。并且硬盤首次使用了封閉的內部環(huán)境，并進一步發(fā)展了氣動學磁頭技術，將磁頭與盤片之間的距離縮短到了17微英寸。

    1973年：第一塊"溫徹期特"硬盤誕生

    在這一年，IBM公司制造出第一臺采用"溫徹期特"技術的硬盤，成功實現技術到產品的轉換，實現硬盤制造的一大突破，奠定硬盤技術的發(fā)展有了正確的結構基礎。它仍是14英寸的規(guī)格，由兩個分離的盤片構成（一個固定的和一個可移動的），每張碟片容量為30MB。溫徹斯特"硬盤首次使用了封閉的內部環(huán)境，并進一步發(fā)展了氣動學磁頭技術，將磁頭與盤片之間的距離縮短到了17微英寸。今天的硬盤容量雖然高達上百GB，但仍沒有脫離"溫徹斯特"硬盤的工作模式，依然使用著當時的許多技術，因此"溫徹斯特硬盤"可稱為"現代硬盤之父"。
現在大家所用的硬盤大多是此技術的延伸。
　　
    1979年：IBM發(fā)明薄膜磁頭

    IBM公司再次走在硬盤開發(fā)技術的前列，發(fā)明了薄膜磁頭（Thinfilm Head），為進一步減小硬盤體積、增大容量、提高讀寫速度提供了可能。

    同年，IBM的兩位員工 AlanShugart和FinisConner離開IBM后成立了希捷公司(Shugart Technology公司，也就是后來的Seagate希捷公司)開發(fā)了像5.25英寸軟驅那樣大小的硬盤驅動器。次年，希捷發(fā)布了第一款適合于微型計算機使用的硬盤，容量為5MB，體積與軟驅相仿。

    80年代末期：IBM發(fā)明了MR磁頭

    IBM又一次為電腦行業(yè)做出了巨大的貢獻，推出了名為MR HEAD（（Magneto Resistive)）的東西，這種磁頭在讀取數據時對信號變化相當敏感，使得盤片的存儲密度能夠比以往每英寸20MB的容量提高了數十倍，他工作方式在于將讀寫兩個磁頭分開，讀寫磁頭不再具電感特性，而是對磁場變化相當敏感的電阻特性磁頭。

    另外，不再受限于磁場切割速度的問題，而可以針對讀寫的不同特性來進行適應以達到 佳狀態(tài)，因此可以突破薄膜磁頭在磁盤密度的瓶頸，大幅度提升磁盤的密度。另外，MR磁頭是通過阻值變化而并不是電流變化來感應信號的幅度，因而對信號變化相當敏感，讀取數據的準確性也大大的得到提高提高。并且由于讀取的信號幅度與磁道寬窄無關，所以磁道可以做得很窄，從而提高了盤片密度，達到200MB/平方英寸，而使用傳統(tǒng)的磁頭只能達到20MB/平方英寸，這也是MR磁頭的先進之處，也是后來被廣泛應用的原因。

    1991年：IBM生產3.5英寸的硬盤，硬盤的容量首次達到了1GB　

    1991年IBM生產的3.5英寸的硬盤使用了MR磁頭，使硬盤的容量首次達到了1GB，從此硬盤容量開始進入了GB數量級。硬盤的發(fā)展逐漸加快了腳步，真正的步入了G時代，IBM公司這樣的業(yè)界巨頭作出這樣的產品（0663-E12）其實一點也不讓人覺得奇怪。這款硬盤應用了先進的MR磁頭，當然他不光是打破了G的硬盤記錄這個簡單，同時它還是首個3.5寸的硬盤。由此3.5寸也成為了現代臺式計算機的結構標準。

    90年代后期：GMR磁頭技術問世

    GMR是GiantMagnetoresistive的縮寫，中文名稱被我們叫做巨磁阻磁頭，他與MR磁頭同樣是采用了特殊材料的電阻值隨磁場變化的原理來讀取盤片上的數據，但唯一的不同之處在于巨磁阻磁頭使用了磁阻效應（關于磁阻效應我想我不用多做介紹上過大學的朋友估計對這個磁電效應的分枝是很清楚的）更好的材料和多層薄膜結構，所以他更增強了讀取的敏感度，相同的磁場變化能引起更大的電阻值變化，從而可以實現更高的存儲密度，現有的MR磁頭能夠達到的盤片密度為3Gbit－5Gbit/in2(千兆位每平方英寸)，