硬盤的基本知識(shí)(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?lián)Q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(shè)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(jìn)步。

    硬盤是一個(gè)半導(dǎo)體與機(jī)械的集合體所以他的發(fā)展并不能如半導(dǎo)體那樣迅猛，雖然我們?nèi)匀豢吹降氖且粋�(gè)技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展的局面，但是硬盤技術(shù)又開始前進(jìn)了，并且加大了步伐。

    因?yàn)樘嗟闹苓叞l(fā)展已經(jīng)將硬盤推到了一個(gè)不得不進(jìn)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(wǎng)卡平民化應(yīng)用。DVD影音文件，刻錄機(jī)的興起也都很快可以將我們的現(xiàn)有硬盤蠶食待盡，難說等HDTV普及的時(shí)候又會(huì)是一個(gè)什么樣的格局。

    硬盤要走的路還任重而道遠(yuǎn)，他并沒有像顯卡“兔子”那樣跑的那么快，還有的時(shí)間坐下來休息，盡管如此相信伴隨著我們生活質(zhì)量的提高硬盤也不會(huì)辜負(fù)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(gè)工程小組將世界上首個(gè)“硬盤”展示給了大家，它并不是我們現(xiàn)在所說的完整意義上的硬盤，它僅僅是一個(gè)磁盤儲(chǔ)存系統(tǒng)，現(xiàn)在來看較為落后的機(jī)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(dòng)到盤片上的任何一塊存儲(chǔ)區(qū)域，從而成功地實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)存儲(chǔ)，大家別看他個(gè)子比較大，以為容量就嚇人，其實(shí)他不過才有5M的空間。一共使用了50個(gè)直徑為24英寸的磁盤，這些盤片表面涂有一層磁性物質(zhì)，并且堆疊在一起，通過一個(gè)傳動(dòng)軸承是他可以順利的工作（真想看看那個(gè)時(shí)候的電機(jī)有多大。）盤片由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，只有一個(gè)磁頭，磁頭上下前后運(yùn)動(dòng)尋找要讀寫的磁道。盤片上每平方英寸的數(shù)據(jù)密度只有2000bit，數(shù)據(jù)處理能力為1.1KB/s。

    此款RAMAC在那時(shí)主要用于飛機(jī)預(yù)約、自動(dòng)銀行、醫(yī)學(xué)診斷及太空領(lǐng)域內(nèi)，推出之后便讓人大為震驚，不光是因?yàn)樗募夹g(shù)理念，因?yàn)橛辛怂庞辛撕髞淼臏貜厮固兀�有他的價(jià)格，當(dāng)時(shí)推出的售價(jià)是35，000美元，平均每M要有7000美元的成本，想想現(xiàn)在我們真實(shí)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(shù)橫空出世

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

    溫徹斯特技術(shù)的主要內(nèi)容還有是：頭盤組合件，磁頭、盤片、主軸等運(yùn)動(dòng)部分密封在一個(gè)殼體中，形成一個(gè)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(dòng)塊，采用小型化輕浮力的磁頭浮動(dòng)塊，盤片表面涂潤滑劑，實(shí)行接觸起停。即平常盤片不轉(zhuǎn)時(shí)，磁頭停靠在盤片上，當(dāng)盤片轉(zhuǎn)速達(dá)一定值時(shí)，磁頭浮起并保持一定的浮動(dòng)間隙。

    這樣簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，縮短了起動(dòng)時(shí)間。而這種設(shè)計(jì)的磁頭與磁盤是一一對應(yīng)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(chǔ)密度得到了提高，存儲(chǔ)容量同樣也隨之增加了。“溫徹斯特(Winchester)”技術(shù)的發(fā)明，無疑是為現(xiàn)在的硬盤發(fā)展打下了一個(gè)很好的契機(jī)。就是現(xiàn)在的上百G的硬盤仍然在使用這種“技術(shù)”，在5年之后也就是1973年IBM終于推出了使用溫徹斯特技術(shù)的第一塊硬盤，型號(hào)為3340，它采用14英寸的規(guī)格，由兩個(gè)分離的盤片構(gòu)成(一個(gè)固定的和一個(gè)可移動(dòng)的)，每張盤片容量為30MB。并且硬盤首次使用了封閉的內(nèi)部環(huán)境，并進(jìn)一步發(fā)展了氣動(dòng)學(xué)磁頭技術(shù)，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(tái)采用"溫徹期特"技術(shù)的硬盤，成功實(shí)現(xiàn)技術(shù)到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)硬盤制造的一大突破，奠定硬盤技術(shù)的發(fā)展有了正確的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。它仍是14英寸的規(guī)格，由兩個(gè)分離的盤片構(gòu)成（一個(gè)固定的和一個(gè)可移動(dòng)的），每張碟片容量為30MB。溫徹斯特"硬盤首次使用了封閉的內(nèi)部環(huán)境，并進(jìn)一步發(fā)展了氣動(dòng)學(xué)磁頭技術(shù)，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(dá)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(dāng)時(shí)的許多技術(shù)，因此"溫徹斯特硬盤"可稱為"現(xiàn)代硬盤之父"。
現(xiàn)在大家所用的硬盤大多是此技術(shù)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(shù)的前列，發(fā)明了薄膜磁頭（Thinfilm Head），為進(jìn)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(qū)那樣大小的硬盤驅(qū)動(dòng)器。次年，希捷發(fā)布了第一款適合于微型計(jì)算機(jī)使用的硬盤，容量為5MB，體積與軟驅(qū)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(xiàn)，推出了名為MR HEAD（（Magneto Resistive)）的東西，這種磁頭在讀取數(shù)據(jù)時(shí)對信號(hào)變化相當(dāng)敏感，使得盤片的存儲(chǔ)密度能夠比以往每英寸20MB的容量提高了數(shù)十倍，他工作方式在于將讀寫兩個(gè)磁頭分開，讀寫磁頭不再具電感特性，而是對磁場變化相當(dāng)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(jìn)行適應(yīng)以達(dá)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(yīng)信號(hào)的幅度，因而對信號(hào)變化相當(dāng)敏感，讀取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也大大的得到提高提高。并且由于讀取的信號(hào)幅度與磁道寬窄無關(guān)，所以磁道可以做得很窄，從而提高了盤片密度，達(dá)到200MB/平方英寸，而使用傳統(tǒng)的磁頭只能達(dá)到20MB/平方英寸，這也是MR磁頭的先進(jìn)之處，也是后來被廣泛應(yīng)用的原因。

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

    1991年IBM生產(chǎn)的3.5英寸的硬盤使用了MR磁頭，使硬盤的容量首次達(dá)到了1GB，從此硬盤容量開始進(jìn)入了GB數(shù)量級(jí)。硬盤的發(fā)展逐漸加快了腳步，真正的步入了G時(shí)代，IBM公司這樣的業(yè)界巨頭作出這樣的產(chǎn)品（0663-E12）其實(shí)一點(diǎn)也不讓人覺得奇怪。這款硬盤應(yīng)用了先進(jìn)的MR磁頭，當(dāng)然他不光是打破了G的硬盤記錄這個(gè)簡單，同時(shí)它還是首個(gè)3.5寸的硬盤。由此3.5寸也成為了現(xiàn)代臺(tái)式計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。

    90年代后期：GMR磁頭技術(shù)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(shù)據(jù)，但唯一的不同之處在于巨磁阻磁頭使用了磁阻效應(yīng)（關(guān)于磁阻效應(yīng)我想我不用多做介紹上過大學(xué)的朋友估計(jì)對這個(gè)磁電效應(yīng)的分枝是很清楚的）更好的材料和多層薄膜結(jié)構(gòu)，所以他更增強(qiáng)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(shí)現(xiàn)更高的存儲(chǔ)密度，現(xiàn)有的MR磁頭能夠達(dá)到的盤片密度為3Gbit－5Gbit/in2(千兆位每平方英寸)，