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PC硬盘发展进化史

2009-09-24D.K《微型计算机》2009年9月上

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自从计算机诞生的那一刻起，存储设备就扮演着不可或缺的角色。在某种程度上来讲，计算机性能的好坏只是影响运算数据的速度，而存储设备的使命则是保证大家的研究所得以及运算数据得以延续。不夸张地说，现代文明很大程度上都是存在硬盘里面的……

远古时期的老家伙们！

习惯了现代硬盘的新手朋友们绝对想不到“远古时期”的老家伙们长什么样。其中著名的代表就是IBM 350 RAMAC，这个大家伙足足有几吨重，里面还装有50张24英寸的盘片，别看它样子挺吓人，其实容量只有5MB。

IBM 350 RAMAC

随后的日子里硬盘不断往小型化的方向发展，但是到上世纪80年代之前仍有很多巨型机使用尺寸硕大的硬盘，如下面这个14英寸的家伙，对比旁边的可乐瓶，你就知道它有多大了——而事实上，这块硬盘的容量也仅有100MB左右。

14英寸的东芝硬盘

什么是温彻斯特硬盘？

大家经常在计算机类报纸和杂志上看到一个名字“温彻斯特硬盘”，那什么是温彻斯特硬盘呢？温彻斯特硬盘早来源于IBM 3340存储器，它有两个30MB的存储单元；而当时非常出名的“温彻斯特来福枪”其口径和装弹量恰好也有两个“30”，所以IBM的内部研发人员便将3340的研发代号叫做“温彻斯特”，在这块硬盘上我们可以看到目前主流硬盘的雏形。

在温彻斯特硬盘内部是一个密封的结构，盘片、磁头以及驱动装置都被安置其中。在工作时盘片会飞速旋转，而磁头则依靠盘片旋转时的高速气流悬浮在盘片上方，不与盘片直接接触。

24英寸的盘片有多大？想象一下，你的自行车轮胎也不过26英寸而已……

5.25英寸，第一块面向个人的硬盘诞生

真正的面向个人用户的硬盘是1980前后推出的5.25英寸规格的产品，在当时苹果、IBM等厂商纷纷推出个人电脑，所以针对个人用户的硬盘产品变得非常吃香。而鲜有人知晓得是真正的幕后英雄——IBM的薄膜磁头技术，正是因为它我们才彻底告别了那些庞然大物们。

希捷在上个世纪80年代推出的第一块5.25英寸硬盘ST-506

在此后的日子里，5.25英寸硬盘逐渐走向成熟并一直存活到90年代中期，例如昆腾的大脚硬盘，转速为3600rpm，容量2GB。5.25英寸硬盘在上世纪90年代达到了巅峰，但很快就因为过于笨重而被新的3.5英寸产品所取代了。

昆腾大脚硬盘

3.5英寸硬盘坐稳江山

第一块3.5英寸硬盘诞生于IBM，在1991年IBM的工程技术人员首次将MR磁阻磁头技术(
MagnetoresistiveHeads)应用于民用级磁盘上面。得益于新技术的应用，不仅诞生了第一块3.5英寸硬盘，同时也开创了民用级GB硬盘的先河。这种新型磁头采取磁感应写入、磁阻读取的方式，大幅度提高了硬盘的工作效率，与此同时磁盘的记录密度也大幅提升。由此，3.5英寸硬盘拉开了容量增长的序幕。

1991年IBM生产出了第一块3.5英寸的硬盘0663-E12，就使用了MR磁头

在1997年时，另一项划时代的技术诞生了，那就是GMR巨磁阻效应磁头。新磁头相比MR磁头而言更加敏感，如果说用MR磁头能够达到3～5 Gb/inch2的存储密度，那么使用GMR之后，存储密度可以达到10～40Gb/inch2，相对于以前提高了8倍之多。

仙尘技术中的关键因素就是钌元素，就是中间的Ru涂层

在我们不断追求存储密度的同时，磁盘上的磁性颗粒越来越不听话了—稍有热振动就可能出现消磁，或者磁信息逆转的问题。这时IBM的工程师们又站到了第一线，这次他们带来的是仙尘技术(Pixie Dust)，简单来说，就是通过增加一层由特殊元素构成的涂层，来解决数据存储的安全问题。

仙尘技术之后，科学家们仍然致力于提高磁盘的记录密度，这时原有的存储方式就走到了终点，取而代之的是新的垂直记录技术。打个比方来讲，以前记录数据的磁性颗粒都是躺在盘片上的，磁头通过读取N极和S极的摆放位置来记录数据；而垂直记录技术则是将磁极掉转90°，让所有的数据都站起来，如此一来原来“能让一个人躺着的位置上”就可以供“10个人站起来”，存储密度也因此大幅提高。

垂直存储技术的原理

磁头和存储介质的双管齐下让我们现在已经可以实现单碟500GB的存储密度，现在市面上很多产品如希捷7200.12 1.0TB、西部数据2.0TB绿盘等都采用了单碟500GB的设计。

2.5英寸，为笔记本电脑而生

介绍完3.5英寸的台式机硬盘，就不能不提到它的孪生兄弟2.5英寸的笔记本电脑硬盘。顾名思义，2.5英寸这个规格就是为笔记本电脑所设计的，与大块头的兄长相比，2.5英寸的体积更小(1/5)、重量更轻(1/4)。

2.5英寸的硬盘有两种型号，9.5毫米的薄盘以及
12.5mm的厚盘，现在市场上常见的以薄盘居多

从技术角度来考虑，2.5英寸笔记本电脑硬盘与3.5英寸的台式机硬盘在技术上一脉相承，但是针对的应用环境以及物理结构上的产别，导致二者在转速、性能、发热量以及抗震指标方面存在一些差异。2.5英寸的硬盘除了安装在笔记本电脑上之外，还经常被用于组装移动硬盘，在一些空间紧凑的超迷你机箱里面也可以看到它们的身影。

没落的微硬盘

从时间点来看，微硬盘的出现与2000年前后，明显要晚于3.5与2.5英寸硬盘，但相对于其它产品来讲，微硬盘无疑是一种高科技的产物。想象一下在指尖大小的空间中挤进去复杂的机械结构，还要在极端恶劣的震动环境中正常工作，对产品性能以及稳定性的要求可谓达到了极点。

微硬盘麻雀虽小，五脏俱全！

通常来讲，人们将1.8英寸以下(含1.8英寸)的硬盘统称为“ 微硬盘”。其中1.8英寸的产品主要面向于超轻薄笔记本电脑用户，直到现在仍有小不小的出货量，例如苹果公司的Macbook Air使用的就是这种硬盘。

0.8英寸超小的微硬盘

而更小规格的1.0英寸甚至0.8英寸硬盘则主要针对数码设备，如存储卡、手机内置存储器等等，不过随着闪存技术的发展，这些超迷你型的硬盘产品逐渐走向了末路，究其原因则是温彻斯特硬盘的软肋——抗震性能先天不足。

如日中天的SSD硬盘

SSD硬盘是固态硬盘的英文首字母缩写（Solid State Disk），意思就是说在硬盘内部不含有任何机械零部件。如此一来SSD跳出了温彻斯特硬盘抗震性能差的桎梏，再加上闪存生产工艺的进步，现在闪存价格相比当初也大幅下降。综合以上特点，SSD硬盘已经表现出坚强的生命力，在笔记本电脑以及高性能主机领域拥有了一席之地。

SSD的核心部件是NAND闪存颗粒以及逻辑控制芯片，这两样东西都是焊在PCB上面的，所以就不会有任何需要移动的机械部件，天生就具备极强的抗震能力。

SSD控制芯片(又称"主控IC")的主要作用之一就是平衡数据的读写负载,避免让某一个区域过度使用

到目前为止，限制SSD硬盘应用领域和范围的因素有两个。其一是单位存储成本仍然偏高，现在1.0TB的传统3.5英寸硬盘已经跌入600元之内，每GB存储成本约0.6元；而SSD产品64GB的型号仍然在千元之上，其单位存储成本要比温彻斯特硬盘贵20倍以上。其二则是很多人对SSD的寿命问题存在质疑，因为MLC和SLC的NAND闪存颗粒都存在读写寿命的限制(分别为2万次和10万次)，很多人担心SSD硬盘在使用一段时间后会出现不稳定的问题。而事实上，大家对于SSD寿命问题的担心实际上是多余的，市面上的绝大多数产品都针对SSD的工作方式进行了优化，即便是大规模反复读写，控制芯片也可以平衡每个数据块的读写负载。