硬盘的发展史

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硬盘专题

内容：

硬盘主条目 硬盘的发展史 硬盘接口类型 硬盘安装与其驱动安装 硬盘的典型故障问题 双硬盘的安装 海量硬盘分两区和分多区的对比

相关知识

RAID NCQ技术 垂直记录

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磁头技术

• 硬盘技术的更新换代，其中一个非常重要的技术就是磁头技术，现在的硬盘单碟容量一般都在10GB以上，最高的单碟容量已经达到了20GB，以后硬盘的单碟容量还将继续增大，对于单碟容量，它直接联系的技术就是磁头技术，磁头技术越先进，硬盘的单碟容量就可以做得更高。
• 最早的磁头是采用铁磁性物质，它在不论磁头的感应敏感程度或精密度上都不理想，因此早期的硬盘单碟容量均非常低，单碟低了，硬盘的总容量就受到非常大的限制，因为在一块硬盘内封装的盘片数是非常有限的（目前一般的硬盘封装盘片数在3~5片）。同时早期使用的磁头在体积上也小，它使得早期的硬盘体积上相对而言比较庞大，这给用户的使用带来了非常的不便。
• 1979年，IBM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。接着在80年代末期，IBM公司对硬盘发展做出了非常重要的一个贡献，即研发了MR（Magneto Resistive)磁阻磁头，这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感，这使得盘片的存储密度能够比以往20MB每英寸提高了数十倍，磁盘存储密度提高了，单碟容量自然而然就提高了，而单碟的提高就带动着整块硬盘容量的增大。
• 在1991年，IBM公司将此项MR磁头技术应用于3.5英寸硬盘中，使得普通电脑用户使用的硬盘容量首次达到了1GB，从此我们使用的硬盘容量开始进入了GB数量级。现在有些用户使用得迈拓钻石十一代（DiamondMax 80），它能提供高达80GB的容量，这些都是从那时的MR磁头技术开始得，当然这么高的容量最后还得归功于GMR（GaintMagneto Resistive，巨磁阻）磁头技术，GMR是IBM公司在MR技术的基础上研发成功的新一代磁头技术，它是最新的磁头技术，现在生产的硬盘全都应用了GMR磁头技术。GMR比MR具有更高的信号变化灵敏度，从而使得硬盘的单碟容量可以做得更高，目前最新的磁头技术为第四代GMR磁头技术。

电机技术

• 在硬盘中，与磁头技术一样重要的另一项技术就是电机技术了，它直接影响着硬盘转速的大小。目前最快主轴转速的硬盘即希捷公司推出的Cheetah X15（捷豹X15系列），它的主轴电机转速高达15,000rpm。目前主流的IDE硬盘转速为7200rpm，而主流的SCSI硬盘转速则为10,000rpm。
• 早期的硬盘转速一般只有4000rpm甚至更低，低转速的主要原因是由于电机技术的限制，随着技术的革新，转速提高到了4400rpm及4900rpm，再后来就是5400rpm了。
• 目前还有相当大部份的IDE硬盘转速只有5400rpm，这些产品的定位是低价位电脑市场，如上面提到的迈拓钻石十一代（DiamondMax 80），虽然它能提供最高容量达80GB，但其转速却只有5400rpm。在5400rpm后，推出的即7200rpm，这也是目前最高的IDE硬盘转速。
• 这里提一个比较优秀的电机技术是希捷公司独有的 Fluid Dynamic Bearing (FDB) 电机，它在1996年第一次推出，现在已经发展到了第三代技术，最新推出的7200rpm Barracuda ATA III（希捷新酷鱼三代）采用的就是FDB III电机技术，它能有效降低噪音，减少震动，延长寿命和增强对震动的抵抗能力。电机技术发展了，直接影响的就是硬盘主轴转速的提高，而转速就决定着硬盘的寻道时间。当然在提高硬盘主轴转速的同时需要考虑得是硬盘的发热量及振动问题，还有就是硬盘的工作噪声问题。所以电机技术直接决定着硬盘的快慢、工作温度及工作噪声等。

接口技术

• 硬盘接口一直是人们关心的技术，随着电脑其他配件（如CPU、内存、显示等子系统）性能的大步迈进，硬盘的接口传输率越来越体现出它在整个电脑系统的瓶颈效应，硬盘接口越来越受到人们的关注。
• 最早的硬盘接口要算是ST-506/412接口，它是希捷开发的一种硬盘接口，首先使用这种接口的硬盘为希捷的ST－506及ST－412。ST－506接口使用起来相当简便，它不需要任何特殊的电缆及接头，但是它支持的传输速度很低，因此到了1987年左右这种接口就基本上被淘汰了，采用该接口的老硬盘容量多数都低于200MB。早期IBM PC/XT和PC/AT机器使用的硬盘就是ST－506/412硬盘或称MFM硬盘，MFM（Modified Frequency Modulation）是指一种编码方案 。
• 接在ST-506/412接口后发布得是ESDI（Enhanced Small Drive Interface）接口，它是迈拓公司于1983年开发的。其特点是将编解码器放在硬盘本身之中，而不是在控制卡上，理论传输速度是前面所述的ST-506的2~4倍，一般可达到10Mbps。但其成本较高，与后来产生的IDE接口相比无优势可言，因此在九十年代后就补淘汰了。
• IDE与EIDE接口，IDE（Integrated Drive Electronics）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，我们常说的IDE接口，也叫ATA（Advanced Technology Attachment）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接口卡连起来就可以了。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，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他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。
• 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（Programmed I/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（EIDE Enhanced IDE/Fast ATA）接口，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，LogicalBlock Address）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。
• ATA-3(FastATA-2)接口，这个版本支持PIO-4，没有增加更高速度的工作模式（即仍为16.7MB/s)，但引入了简单的密码保护的安全方案，对电源管理方案进行了修改，引入了S.M.A.R.T(Self-Monitoring,Analysis and Reporting Technology，自监测、分析和报告技术) 。
• ATA-4(UltraATA、UltraDMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66)接口，这个新标准将PIO-4下的最大数据传输率提高了一倍，达到33MB/s，或更高的66MB/s。它还在总线占用上引入了新的技术，使用PC的DMA通道减少了CPU的处理负荷。要使用Ultra-ATA，需要一个空闲的PCI扩展槽，如果将UltraATA硬盘卡插在ISA扩展槽上，则该设备不可能达到其最大传输率，因为ISA总线的最大数据传输率只有8MB/s 。其中的Ultra ATA/66（即Ultra DMA/66）是目前主流桌面硬盘采用的接口类型，其支持最大外部数据传输率为66.7MB/s。
• Serial ATA接口，新的Serial ATA（即串行ATA），是英特尔公司在今年IDF（Intel Developer Forum，英特尔开发者论坛）发布的将于下一代外设产品中采用的接口类型，就如其名所示，它以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）。这样做法能降低电力消耗，减小发热量。最新的硬盘接口类型ATA-100就是Serial ATA是初始规格，它支持的最大外部数据传输率达100MB/s，上面介绍的那两款IBM Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV就是第一次采用此ATA-100接口类型的产品。在2001年第二季度将推出Serial ATA 1x标准的产品，它能提高150MB/s的数据传输率。对于Serial ATA接口，一台电脑同时挂接两个硬盘就没有主、从盘之分了，各设备对电脑主机来说，都是Master，这样我们可省了不少跳线功夫。

技术品牌发展史

IBM 350 RAMAC

• 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IBM 350 RAMAC.

• 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。当时推出的售价是35，000美元.

温彻斯特

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。
• 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(Shugart Technology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。

台式机硬盘诞生 3.5寸硬盘定型

• 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，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。
• 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。

家用硬盘空前高涨

• 2000年2月23日，希捷又转速高达15，000RPM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，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；
• 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。此外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。

参考资料

相关条目

硬件 硬盘