昨天今天明天硬盘回忆录资料.docx
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昨天今天明天硬盘回忆录资料
昨天今天明天硬盘回忆录
硬盘的接口技术已经进入了一个即将洗牌完成的局面，我们一晃眼已经看到了SATA时代的到来。
然而我们以前所熟悉的ATA/IDE接口也将永远的成为历史，INTEL在2000年IDF会上提出了SATA，一改以前IDE接口（并行ATA）,而是使用连续串行的方式传送资料，在同一时间点内只会有1位数据传输，此做法能减小接口的针脚数目，用四个针就完成了所有的工作。
从那以后大家的目光也都慢慢朝着SATA方向望去，伴随着INTEL一步步的走过来SATA终于逐步实现了他继位的梦想。
尽管硬盘不能那摩尔定律来给他定义发展历程，但是更新换代是肯定必不可少的，不管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所以他的发展并不能如半导体那样迅猛，时间过了将近10年，盘片技术，电机技术等等都有了质的飞跃。
然而这些所能改进的地方往往是很有限的，现在终于轮到接口进行革命性的发展了。
虽然我们仍然看到的是一个技术稳步前进的局面，但是这场革命已经预示着硬盘技术又开始前进了，并且加大了步伐。
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。
我们的宽带的发展相信不过几年就可以普及光纤的速度，甚至千兆网卡平民化应用。
DVD影音文件，刻录机的兴起也都很快可以将我们的现有硬盘蚕食待尽，难说等HD-TV普及的时候又会是一个什么样的格局。
环环相扣硬盘要走的路还任重而道远，他并没有像显卡“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。
言归正转。
我们常说叶落归根，不能忘本。
没错就在50年前的今天我们的硬盘雏形就这么诞生了，不管我们今天看到他是多么的可笑，幼稚。
但总会有一种难以形容的心情吧？
这就是我们说的忆苦思甜了。
这篇文章将带着读者回顾我们硬盘的发展历程，让大家重新认识一下我们今天得到的美好是多么来之不易。
硬盘整体发展回顾
如同其它电脑配件一样，技术的进步发展都有一个过程，然而往往原始阶段的技术，也都容易随着时间的过去而让人们淡忘，恐怕我现在我们对硬盘多少都有些不懈，确实我们得到的容量确实已经超过了我们日常随需要的。
有些供大于求的局面，但是在50年前的这个月，人们的心情是如何呢？
1956年9月著名的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。
他的名字叫做IBM350RAMAC（RandomAccessMethodofAccountingandControl）。
我们可以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。
他的磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域，从而成功地实现了随机存储，大家别看他个子比较大，以为容量就吓人，其实他不过才有5M的空间。
一共使用了50个直径为24英寸的磁盘，这些盘片表面涂有一层磁性物质，并且堆叠在一起，通过一个传动轴承是他可以顺利的工作（真想看看那个时候的电机有多大。
）盘片由一台电动机带动，只有一个磁头，磁头上下前后运动寻找要读写的磁道。
盘片上每平方英寸的数据密度只有2000bit，数据处理能力为1.1KB/s。
此款RAMAC在那时主要用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域内，推出之后便让人大为震惊，不光是因为他的技术理念，因为有了他才有了后来的温彻斯特，还有他的价格，当时推出的售价是35，000美元，平均每M要有7000美元的成本，想想现在我们真实太幸福了，每M连7分的成本都用不了。
就是由此开始硬盘的发展之路。
时间过去了十几年在1968年，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。
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）”技术的发明，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的硬盘仍然在使用这种“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。
并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。
1979年，IBM再次发明了薄膜磁头，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。
同期IBM的两位员工AlanShugart和FinisConner离开IBM后成立了希捷公司（ShugartTechnology公司，也就是后来的Seagate希捷公司），之后便推出了像5.25英寸大小的硬盘驱动器。
80年代末期IBM又为电脑行业作了一项巨大的贡献，推出了名为MRHEAD（（MagnetoResistive））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，他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，而可以针对读写的不同特性来进行适应以达到最佳状态，因此可以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磁头是通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。
并且由于读取的信号幅度与磁道宽窄无关，所以磁道可以做得很窄，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。
到了90年代初期（1991年），硬盘的发展逐渐加快了脚步，真正的步入了G时代，他的领导者毋庸置疑仍然是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，当然他不光是打破了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磁头技术问世了。
GMR是GiantMagnetoresistive的缩写，中文名称被我们叫做巨磁阻磁头，他与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，所以他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，从而可以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磁头可以达到10Gbit-40Gbit/in2以上。
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，也就是迈拓推出了他的DiamondMax40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，一直不停歇的到了去年。
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。
2000年2月23日，希捷又转速高达15，000RPM的CheetahX15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，当时来讲家用硬盘已经开始攀比速度，西捷的这次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；
他的性能确实让人YY，就是现在也可以说YY程度不减当年，他相当于阅读一整部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/mSCSI及FibreChannel（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CheetahX15系列将硬盘的性能提高到了一个新的里程碑。
有不少朋友以为这种大砖头的硬盘都是很落后的甚至只有几十，几百M的容量。
但是它与现在的薄盘不同，看看下图就知道了。
如果下次见到有人用这东西拍你，一定要抢了闪人阿，呵呵。
2000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，并且推出了两款采用这个盘片的硬盘这就是IBM的Deskstar75GXP及Deskstar40GV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。
此外Deskstar75GXP系列产品的最高容量达75GB，是当时最大容量的硬盘，而Deskstar40GV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。
硬盘磁头技术
众所周知，磁头在硬盘中的地位是占有着相当的比重的，就如录像机没有磁头不能进行播放一样。
硬盘同理，失去了磁头的硬盘如同废铜烂铁。
故而磁头在硬盘中所担当任务是相当的重，他需要负责硬盘的读取与写入两个方面的工作。
磁头的先进与否直接影响到了硬盘的使用寿命已经硬盘的性能，一直以来磁头的换代就意味着硬盘的革新。
我们可以发现每一次硬盘磁头的技术革命，都将硬盘推向了又一个时代的技术高峰，因为硬盘的单碟容量，性能都与磁头有着非常密切的联系。
这么长时间硬盘经历了太多的革命从中先后经历了：
亚铁盐类磁头（MONOLITHICHEAD）、MIG（METALINGAP）磁头、薄膜磁头（THINFILMHEAD）。
这些磁头的年份较早技术相对落后很多，他们的技术仅仅停留在读写合一的电磁感应式磁头上，问题是硬盘的读取、写入是两种完全不同的状况，因此，这种2IN1的磁头设计时必须兼顾读写，进行全面发展，这样只能是杂而不专。
就如同早期的COMBO机器一样，他不管性能，还是寿命肯定不及单独买刻录机，DVD来的强。
这样无形中就对硬盘的发展造成了一个瓶颈。
随后更为先进的磁头出世了，那就是之前历史回顾中所介绍的MRHEAD（磁阻磁头），之后又出现了直到现在仍在使用的GMR（巨磁阻磁头）这两个技术产品则是具有跨时代意义的，终于将分离式的磁头成为可能，实现了读写分离结构，也就是我们现在经常说道的感应写，磁阻读。
在设计当中就可以针对读和写的不同特性分别进行优化，以求得更出色的硬盘性能。
当然因为密度加大，磁盘的磁道相应可以做得更小，自然单碟容量也有了质的飞跃。
电机技术的发展
电机就是我们俗称的马达，想必大家小时候玩过四驱车了顾名思义拉。
它与自行车，四驱车一样的道理，不同的是前两者是通过做功来推动轮子走。
而后者则是来带动盘片的运转。
然而电机的性能指标也就是我们所说的硬盘转速。
电机的发展一直是比较缓慢的，或者说很难有太多的突破。
需要直到早期发明的硬盘体积庞大并不全因为是磁头的技术不够。
有相当的一部分原因是在于电机的体积做不小，故而电机的发展方向一直是沿着先体积后转速再寿命的规律在前进的。
因为他并没有如磁头那样大踏步的向前走，所以往往人们都比较对她不是相当的重视，也就没有那么多的文章拿他说事情了。
再者电机的发展与电脑行业并没有太大的联系，它属于纯机械的行业。
所以介绍革新也就没有相当的必要了。
然而电机的发展也有一个临界值。
如同磁头到了一定的状态相关联的一系列产物都都让磁头成了阻碍他们发展的瓶颈。
我们先看一下硬盘电机驱动盘片的原理：
主轴马达带动盘片高速旋转，产生浮力使磁头如浮云般飘在盘片上方。
要将所要存取资料的扇区带到磁头下方，转速越快，等待时间也就越短。
这里介绍的是一个简单的流程，但是一个文件并不是只转一次就可以顺利的完成读取或者写入工作的这样大量频繁的工作就能体现出电机转速高低所带来的区别。
但是随着硬盘转速的提高所带来的附作用也是不能避免的，比如加剧了机械磨损、快速的运转导致温度直线上扬、同时噪声也增大了。
这样的瓶颈需要消除，肯定是要从电机入手了。
首先是西捷公司将这一一直运用在精密机械工业上的液态轴承马达（Fluiddynamicbearingmotors）引入到硬盘技术中。
随后各个厂商纷纷跟进。
使用液态轴承好处不言而喻，其一是避免了金属面的直接磨擦，这样有效的降低了温度，以及磨损；
二是油膜可有效吸收震动，使抗震能力由以住的150G提高至1200G；三是理论上只要有膜没有磨损，寿命则无限长了，理论归理论，理论上雷锋塔不可能倒不也倒了？
所以不要过于的沉醉于理论，只要知道它比以前的技术要出色就OK了。
盘片技术的发展
这是我们经常忽略的一个技术点，因为现在的硬盘盘片已经定型，至少最近不会再去进行技术革命。
我们知道，硬盘的盘片如同光盘一样是计算机数据的载体，不严格的说它就是真正的“硬盘”。
不言而喻，现在的计算机发展一直以来都在探索着如何使得盘片又再次飞跃性的进步，从而提高数据的安全系数与平滑性，在这条道路中有的因为第一个去吃明知道没有煮熟的螃蟹而壮烈牺牲，到下一个不知道又会是谁，当然我们还是会祝福他，总之硬盘盘片的发展还有很长的路要走，毕竟它将是继电机之后最必要革新的部件了。
我们先看看我们的硬盘盘片是怎么一路走过来的。
早期的硬盘盘片基本都使用了塑料材质作为基质，然后在塑料基质上涂上磁性材料就可构成硬盘的盘片。
之后因为塑料的坚固程度，平滑程度都不能令人满意，铝质材料就应运而生了。
我们现在所使用的盘片皆为铝制盘片，它拥有较好的坚固程度，和平滑系数，并且有好加工的物理特性，从侧面说它是一个能从价格与质量中找到平衡的盘片材料，然而之前也曾出现过以玻璃为盘基质的品种，这个就是我之前说，吃明知道没有熟螃蟹而倒掉的IBM公司（硬盘部门）当时采用玻璃盘片的硬盘推出的时候好评如潮，大家都以为硬盘盘片要开始进行革命了，可是谁知道过了两年之后迫使消费者发出了句话：
革命尚未成功，同志仍需努力。
接口的发展
我们之前所提到的均为影响硬盘内部传输速度的元件，然而接口则是影响外出传输速度的至关重要的元件。
随着CPU，显卡，软件等等一系列的迅猛发展。
硬盘的接口已经成了一种瓶颈（不管什么时代，硬盘的发展都是滞后的，因为它不单是半导体这么简单，前面提到了它是机械以及半导体的结合。
）如同现在大学生就业这样子迫在眉睫。
从我们现在所熟悉的IDE讲起吧，有些太久远的内容就不在这里详谈了。
90年代，电脑行业开始在中国兴起，同时IDE与EIDE接口也开始了他的历史使命，我们先将它们细细分一下，IDE接口是从1986年开始执行的，他也叫做ATA。
而在1993经过改良的ATA-2出来了，也就是EIDE（EIDEEnhancedIDE/FastATA），IDE（IntegratedDriveElectronics）的本意实际上是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器。
可能朋友们对我说的IDE、ATA已经有些丈二和尚摸不着头脑了，别着急继续往下面看，我们常说的IDE接口，也叫ATA（AdvancedTechnologyAttachment）接口，现在PC机使用的硬盘大多数都是IDE兼容的，只需用一根电缆将它们与主板或转接卡连接在一起就可以了。
这确实是一次历史性的革命，准确的说是高明的确立了硬盘的中央集权，这样不光减少了硬盘接口的电缆数目与长度，同时数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容，对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。
下面来详细介绍一下这两种接口:
ATA-1（IDE）接口，ATA是最早的IDE标准的正式名称，IDE实际上是指连在硬盘接口的硬盘本身。
ATA在主板上有一个插口，支持一个主设备和一个从设备，每个设备的最大容量为504MB，ATA最早支持的PIO-0模式（ProgrammedI/O-0）只有3.3MB/s，而ATA-1一共规定了3种PIO模式和4种DMA模式（没有得到实际应用），要升级为ATA-2，你需要安装一个EIDE适配卡。
ATA-2这是对ATA-1的扩展，它增加了2种PIO和2种DMA模式，把最高传输率提高到了16.7MB/s，同时引进了LBA地址转换方式，突破了老BIOS固有504MB的限制，支持最高可达8.1GB的硬盘。
如你的电脑支持ATA-2，则可以在CMOS设置中找到（LBA，LogicalBlockAddress）或（CHS，Cylinder，Head，Sector）的设置。
其两个插口分别可以连接一个主设备和一个从设置，从而可以支持四个设备，两个插口也分为主插口和从插口。
通常可将最快的硬盘和CD-ROM放置在主插口上，而将次要一些的设备放在从插口上，这种放置方式对于486及早期的Pentium电脑是必要的，这样可以使主插口连在快速的PCI总线上，而从插口连在较慢的ISA总线上。
之后稍稍进行改进的ATA-3（FastATA-2）又出台了，他没有对传输的速度进行具有飞跃的改进，而是加入了我们现在所熟知的S.M.A.R.T功能，全称Self-Monitoring，AnalysisandReportingTechnology，自监测、分析和报告技术与简单的密码保护的安全方案。
然而上面所说的IDE（ATA）和现在的标准相比还是相去甚远，他们的外部传输速度仅仅达到了最高16M/s的传输速度，当然这已经完全不能满足当时的传输需求了，随即当Intel与Quantum连手提出了。
ATA-4（UltraATA、UltraDMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66/100/133）
这就是我们现在所广泛使用的IDE技术了，最先由ATA33开始，他的外部传输速度一下子翻了以前一倍，达到了33M/s的速度（现在的光驱普遍接口标准）然而硬盘的传输速度的升级并没有就此打住.之后的改良版本到了ATA66又进行了一次质的飞跃.将外部传输速度提升到了每秒66M的水平。
同时线材也随之改变，为了顺应更高速的传输需求早前的40PIN的线材已经没有办法满足66M/s的需要，所以他在原有40针电缆的基础上增加了40针的地线，目的是使线缆与线缆之间减少电磁干扰，以达到更高质量，稳定的数据传输要求.到了现在ATA的标准进行不断的改良升级，直到现在的ATA133接口.但是到了66M/s以后大家都明显的感觉到ATA技术已经走到了尽头。
虽然标准在不断的扩充外部传输速率的带宽，但是速度并没有明显的上扬.这样ATA100，133仅仅成为了一个噱头.成为了一个过渡的技术，难听的说就是一个待宰的羔羊.等待着下一个接替者.
SCSI接口
它不属于家用机用户的使用范畴，因为高昂的价格（当然采用这个接口的硬盘性能，质量也是超出了家用机很多），但是现在宽带的普及越来越多的人认可了这个接口，他可以更方便，更高效率，进行数据的储存，输出，所以相当的一部分玩家，不管买他的二手盘也好，新盘也好，让他都成为了使用BT，制作FTP等的不二选择。
SCSI接口（SmallComputerSystemInterface小型计算机系统接口）是一种与ATA完全不同的接口，它不是专门为硬盘设计的，而是一种总线型的系统接口，每个SCSI总线上可以连接包括SCSI控制卡在内的8个SCSI设备。
SCSI的优势在于它支持多种设备，传输速率比ATA接口快得多，独立的总线使得它对CPU的占用率很低，所以它普遍应用于服务器等高端应用。
SerialATA接口（串行ATA）
文章开始已经进行了一定的介绍，它是INTEL在2000年IDF会上提出的.他以改以前IDE接口的风格（并行ATA），而是使用连续串行的方式传送资料，在同一时间点内只会有1位数据传输，此做法能减小接口的针脚数目，用四个针就完成了所有的工作（第1针发出、2针接收、3针供电、4针地线）。
这样子的设计不光可以降低电力的消耗，同时间接的就降低了设备的温度.同时采用原生SATA的硬盘以后就少了跳线的烦恼.SATA的定义如同对等网，不管你插接多少个设备，每一个设备都是MASTER。
这样的工作方式可以说对磁盘阵列是非常有利的，相信等待SATA-2的标准出台后.采用SATA作为阵列组成方式，将成为一个对于家庭来说十分具有性价比的选择。
过去的英雄，未来的英雄硬盘厂商发展介绍
IBM（现名：
HITACHI）
回顾硬盘的发展IBM一直以来都是作为业界的领头羊形式出现在大家的面前，一直以来我们都认为领头羊一定是出色的，然而我们错了，IBM也错了。
我们错在误以为IBM是神，神是不会出错的，然而IBM错在他发布的玻璃盘体上，发布之前并没有进行严格的测试现在看来多少有些草率。
并且忘掉了商场中是不允许出错的，一旦出错可以挽回的几率就很小，然而为了这个玻璃盘片他错得离谱，错得事关重大，牵扯到了消费者对一个产品的信任问题中。
这件事情过去到出现了一个很讽刺的事情。
以前我们认为IBM的质量无懈可击，当然价格也都是高的无懈可击，往往要比同行业的产品贵上50～100不等，我们囊中羞涩的时候总是用西捷作为代替品，然而自从日立接手了IBM的硬盘部门之后，大改以前高高在上的作风，意图通过价格来挽回以往失去的客户群体。
他的价格现在应该是比任何一个品牌都低了。
西捷（seagate）
可以说SEAGATE一直是致力于服务器市场，对于桌面级硬盘以前并不怎么关心，所以在IBM倒掉之前，西捷在玩家心目中一直以来都没有什么好的口碑，从而比如反修律高，性能不行之类的谣传就都出来了。
自从日立接手IBM之后，西捷也开始在中国市场发力，同时也加大了对桌面市场的投入。
从而让中国的消费者广泛的接受了他的品牌，不过说道真正接受西捷应该还有
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