ss 廈門數據恢復 硬盤技術的發展史 XMHDD數據恢復中心
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      硬盤技術的發展史

      現在的IDE硬盤,容量動輒20GB,轉速則大多為7200rpm,數據恢復緩存則是2MB,這就是現在主流IDE硬盤的標準。那你知不知道以前的硬盤是什么樣子呢?現在大家看到的硬盤大多是3.5英寸盤,但以前的硬盤又是什么一樣子呢?到今日這個樣子,又經過了多少發展過程呢?帶著這些問題,讓我們來看看硬盤的歷史發展。

      最早的硬盤可算是1956年9月,IBM的一個工程小組向世界展示了第一臺磁盤存儲系統IBM 350 RAMAC(Random Access Method of Accounting and Control),它的磁頭可以直接移動到盤片上的任何一塊存儲區域,從而成功地實現了隨機存儲,這套系統的總容量只有5MB,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,它們被疊起來固定在一起,繞著同一個軸旋轉。此款RAMAC在那時主要用于飛機預約、自動銀行、醫學診斷及太空領域內。普通用戶是不可能用到得,當然當時的電腦也不多,還沒有所謂的PC(Personal Computer)。

      由于RAMAC龐大的體積及低效的性能,使用或者制造都非常不便,因此在1968年IBM公司又提出了“溫徹斯特/Winchester”技術,探討對硬盤技術做重大改造的可能性?!皽貜厮固亍奔夹g的精隋是:“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”,這也是現代絕大多數硬盤的原型。在此項溫氏技術提出后的5年,即1973年,IBM公司制造出了第一臺采用“溫徹期特”技術的硬盤,從此硬盤技術的發展有了正確的結構基礎,現在大家所用的硬盤大多是此技術的延伸。

      下面讓我們分塊來介紹硬盤技術的歷史與發展。

      一、磁頭技術

      硬盤技術的更新換代,其中一個非常重要的技術就是磁頭技術,現在的硬盤單碟容量一般都在10GB以上,最高的單碟容量已經達到了20GB,以后硬盤的單碟容量還將繼續增大,數據對于單碟容量,它直接聯系的技術就是磁頭技術,磁頭技術越先進,硬盤的單碟容量恢復就可以做得更高。

      最早的磁頭是采用鐵磁性物質,它在不論磁頭的感應敏感程度或精密度上都不理想,因此早期的硬盤單碟容量均非常低,單碟低了,硬盤的總容量就受到非常大的限制,因為在一塊硬盤內封裝的盤片數是非常有限的(目前一般的硬盤封裝盤片數在3~5片)。同時早期使用的磁頭在體積上也小,它使得早期的硬盤體積上相對而言比較龐大,這給用戶的使用帶來了非常的不便。

      1979年,IBM發明了薄膜磁頭,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。接著在80年代末期,IBM公司對硬盤發展做出了非常重要的一個貢獻,即研發了MR(Magneto Resistive)磁阻磁頭,這種磁頭在讀取數據恢復時對信號變化相當敏感,這使得盤片的存儲密度能夠比以往20MB每英寸提高了數十倍,磁盤存儲密度提高了,單碟容量自然而然就提高了,而單碟的提高就帶動著整塊硬盤容量的增大。

      在1991年,IBM公司將此項MR磁頭技術應用于3.5英寸硬盤中,使得普通電腦用戶使用的硬盤容量首次達到了1GB,從此我們使用的硬盤容量開始進入了GB數量級?,F在有些用戶使用得邁拓鉆石十一代(DiamondMax 80),它能提供高達80GB的容量,這些都是從那時的MR磁頭技術開始得,當然這么高的容量最后還得歸功于GMR(GaintMagneto Resistive,巨磁阻)磁頭技術,GMR是IBM公司在MR技術的基礎上研發成功的新一代磁頭技術,它是最新的磁頭技術,現在生產的硬盤全都應用了GMR磁頭技術。GMR比MR具有更高的信號變化靈敏度,從而使得硬盤的單碟容量可以做得更高,目前最新的磁頭技術為第四代GMR磁頭技術。

      二、電機技術

      在硬盤中,與磁頭技術一樣重要的另一項技術就是電機技術了,它直接影響著硬盤轉速的大小。目前最快主軸轉速的硬盤即希捷公司推出的Cheetah X15(捷豹X15系列),它的主軸電機轉速高達15,000rpm。目前主流的IDE硬盤轉速為7200rpm,而主流的SCSI硬盤轉速則為10,000rpm。

      早期的硬盤轉速一般只有4000rpm甚至更低,低轉速的主要原因是由于電機技術的限制,隨著技術的革新,轉速提高到了4400rpm及4900rpm,再后來就是5400rpm了。

      目前還有相當大部份的IDE硬盤轉速只有5400rpm,這些產品的定位是低價位電腦市場,如上面提到的邁拓鉆石十一代(DiamondMax 80),雖然它能提供最高容量達80GB,但其轉速卻只有5400rpm。在5400rpm后,推出的即7200rpm,這也是目前最高的IDE硬盤轉速。

      這里提一個比較優秀的電機技術是希捷公司獨有的 Fluid Dynamic Bearing (FDB) 電機,它在1996年第一次推出,現在已經發展到了第三代技術,最新推出的7200rpm Barracuda ATA III(希捷新酷魚三代)采用的就是FDB III電機技術,它能有效降低噪音,減少震動,延長壽命和增強對震動的抵抗能力。電機技術發展了,直接影響的就是硬盤主軸轉速的提高,而轉速就決定著硬盤的尋道時間。當然在提高硬盤主軸轉速的同時需要考慮得是硬盤的發熱量及振動問題,還有就是硬盤的工作噪聲問題。所以電機技術直接決定著硬盤的快慢、工作溫度及工作噪聲等。

      三、接口技術

      硬盤接口一直是人們關心的技術,隨著電腦其他配件(如CPU、內存、顯示等子系統)性能的大步邁進,硬盤的接口傳輸率越來越體現出它在整個電腦系統的瓶頸效應,硬盤接口越來越受到人們的關注。

      1、最早的硬盤接口要算是ST-506/412接口,它是希捷開發的一種硬盤接口,首先使用這種接口的硬盤為希捷的ST-506及ST-412。ST-506接口使用起來相當簡便,它不需要任何特殊的電纜及接頭,但是它支持的傳輸速度很低,因此到了1987年左右這種接口就基本上被淘汰了,采用該接口的老硬盤容量多數都低于200MB。早期IBM PC/XT和PC/AT機器使用的硬盤就是ST-506/412硬盤或稱MFM硬盤,MFM(Modified Frequency Modulation)是指一種編碼方案 。

      2、接在ST-506/412接口后發布得是ESDI(Enhanced Small Drive Interface)接口,它是邁拓公司于1983年開發的。其特點是將編解碼器放在硬盤本身之中,而不是在控制卡上,理論傳輸速度是前面所述的ST-506的2~4倍,一般可達到10Mbps。但其成本較高,與后來產生的IDE接口相比無優勢可言,因此在九十年代后就補淘汰了。

       3、IDE與EIDE接口,IDE(Integrated Drive Electronics)的本意實際上是指把控制器與盤體集成在一起的硬盤驅動器,我們常說的IDE接口,也叫ATA(Advanced Technology Attachment)接口,現在PC機使用的硬盤大多數都是IDE兼容的,只需用一根電纜將它們與主板或接口卡連起來就可以了。把盤體與控制器集成在一起的做法減少了硬盤接口的電纜數目與長度,數據傳輸的可靠性得到了增強,硬盤制造起來變得更容易,因為廠商不需要再擔心自己的硬盤是否與其他廠商生產的控制器兼容,對用戶而言,硬盤安裝起來也更為方便。

      4、ATA-1(IDE)接口,ATA是最早的IDE標準的正式名稱,IDE實際上是指連在硬盤接口的硬盤本身。ATA在主板上有一個插口,支持一個主設備和一個從設備,每個設備的最大容量為504MB,ATA最早支持的PIO-0模式(Programmed I/O-0)只有3.3MB/s,而ATA-1一共規定了3種PIO模式和4種DMA模式(沒有得到實際應用),要升級為ATA-2,你需要安裝一個EIDE適配卡。

      5、ATA-2(EIDE Enhanced IDE/Fast ATA)接口,這是對ATA-1的擴展,它增加了2種PIO和2種DMA模式,把最高傳輸率提高到了16.7MB/s,同時引進了LBA地址轉換方式,突破了老BIOS固有504MB的限制,支持最高可達8.1GB的硬盤。如你的電腦支持ATA-2,則可以在CMOS設置中找到(LBA,LogicalBlock Address)或(CHS,Cylinder,Head,Sector)的設置。其兩個插口分別可以連接一個主設備和一個從設置,從而可以支持四個設備,兩個插口也分為主插口和從插口。通??蓪⒆羁斓挠脖P和CD—ROM放置在主插口上,數據而將次要一些的設備放在從插口上,這種恢復放置方式對于486及早期的Pentium電腦是必要的,這樣可以使主插口連在快速的PCI總線上,而從插口連在較慢的ISA總線上。

      6、ATA-3(FastATA-2)接口,這個版本支持PIO-4,沒有增加更高速度的工作模式(即仍為16.7MB/s),但引入了簡單的密碼保護的安全方案,對電源管理方案進行了修改,引入了S.M.A.R.T(Self-Monitoring,Analysis and Reporting Technology,自監測、分析和報告技術) 。

      7、ATA-4(UltraATA、UltraDMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66)接口,這個新標準將PIO-4下的最大數據傳輸率提高了一倍,達到33MB/s,或更高的66MB/s。它還在總線占用上引入了新的技術,使用PC的DMA通道減少了CPU的處理負荷。要使用Ultra-ATA,需要一個空閑的PCI擴展槽,如果將UltraATA硬盤卡插在ISA擴展槽上,則該設備不可能達到其最大傳輸率,因為ISA總線的最大數據傳輸率只有8MB/s 。其中的Ultra ATA/66(即Ultra DMA/66)是目前主流桌面硬盤采用的接口類型,其支持最大外部數據傳輸率為66.7MB/s。

      8、Serial ATA接口,新的Serial ATA(即串行ATA),是英特爾公司在今年IDF(Intel Developer Forum,英特爾開發者論壇)發布的將于下一代外設產品中采用的接口類型,就如其名所示,它以連續串行的方式傳送資料,在同一時間點內只會有1位數據傳輸,此做法能減小接口的針腳數目,用四個針就完成了所有的工作(第1針發出、2針接收、3針供電、4針地線)。這樣做法能降低電力消耗,減小發熱量。最新的硬盤接口類型ATA-100就是Serial ATA是初始規格,它支持的最大外部數據傳輸率達100MB/s,上面介紹的那兩款IBM Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV就是第一次采用此ATA-100接口類型的產品。在2001年第二季度將推出Serial ATA 1x標準的產品,它能提高150MB/s的數據傳輸率。對于Serial ATA接口,一臺電腦同時掛接兩個硬盤就沒有主、從盤之分了,各設備對電腦主機來說,都是Master,這樣我們可省了不少跳線功夫。

      四、盤片技術

      在硬盤磁頭、電機及接口不斷更新的過程中,存儲數據的盤片也在更新中,一般而言,早期的硬盤的盤片都是使用塑料材料作為盤片基質,然后再在塑料基質上涂上磁性材料就可構成硬盤的盤片數據恢復。

      其次于塑料基質后推出的采用鋁材料作為硬盤盤片基質,現在市場上的IDE硬盤一般來說都是使用鋁材料作為硬盤盤片基質。而最新的硬盤盤片則是采用玻璃材料作為盤片基質,采用玻璃材料能使硬盤具有更多的平滑性及更高的堅固性,此外玻璃材料在硬盤高轉速時具有更高的穩定性。IBM公司最新推出的Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV就是采用玻璃材料作為硬盤盤片基質。

      五、其他技術

      對于硬盤的歷史發展來說,除了上面介紹的四大點外,其他還有各種硬盤的附加技術,如硬盤數據保護技術及防震技術,它們也隨著硬盤的發展而不斷更新,但一般而言,不同硬盤廠商都有自己的一套硬盤保護技術,如昆騰的數據保護系統DPS、震動保護系統SPS;邁拓的數據保護系統MaxSafe、震動保護系統ShockBlock;西部數據公司的數據保護系統Data SafeGuide(數據衛士)等等數據恢復。這些保護技術都是在原有技術的基礎上推出第二代、第三代…等技術。

      此外硬盤的數據緩存也隨著硬盤的不斷發展而不斷增大,早期IDE硬盤的數據緩存只有128KB甚至更小,而那時2MB的數據的只能在高端的SCSI硬盤上看到。當然隨著存儲技術及高速存儲器價格的降低,IDE硬盤的數據緩存增加到了256KB,而接下來就是512KB了,目前主流的IDE硬盤數據緩存則為2MB。

      從上面的硬盤歷史發展中,可以看出硬盤總是朝著容量更大、速度更多、運行更穩定的方向發展得,以前是這樣,現在也是這樣,將來也必然是這樣。

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