从硬盘单碟容量纵览硬盘发展

在尽享高速+海量所带来的快感之时，我们曾一路走过的硬盘发展之路，没有理由将之遗忘。借着硬盘单碟突破1TB之际，笔者本期和大家一起重踏硬盘发展之路。

2011年5月4日，这是一个值得我们记住的日子。在这一天，希捷公司发布了全球首款单碟1TB硬盘。单碟1TB硬盘的出现，意味着在不久的将来，5TB、10TB乃至更大容量的硬盘将广泛被个人用户使用，个人海量存储已不再是遥不可及的事。

从技术来看，硬盘的技术含量绝不弱于CPU的技术含量，二者可以说是相差无几。在容量不断翻倍的背后是无数科学家的心血。放眼现今，只有极少数国际大厂才称得上掌握了硬盘核心技术。随着1TB单碟硬盘面世和SSD的推出，硬盘已步入一个新阶段。

硬盘开山鼻祖，单碟100KB问世

将时间退回到1957年，在这一年，IBM研发了世上第一台硬盘IBM 350 RAMAC。“一台”硬盘？没错！这确实是“一台”硬盘，而不是“一块”。这台硬盘的容量仅为5MB，却由50个直径为24英寸的盘片组成，转速为1200r/min。在现在看来，这只不过是是一台数据记录机罢了。现在来看，5MB的容量连一个《愤怒的小鸟》PC版也装不下。

温切斯特时代，单碟步入MB级

就在IBM 350 RAMAC面世后不久。IBM于1968年研制了Winchester（温切斯特）技术，但当时只是一个技术理论，还没有将技术产品化。1973，IBM首次将温切斯特技术应用在IBM 3340上，IBM 3340的出现再次令世界为之惊叹。但是该硬盘的容量也仅为60MB（单碟30MB），今天看来，这样小的容量连一个PC版《植物大战僵尸》也嫌小。IBM 3340是首款采用温切斯特技术研发的硬盘，温切斯特技术的精髓在于：在一个密闭盒子中安装磁片，磁头悬浮在高速转动的盘片上方但不与盘片直接接触，利用磁头读取数据并沿盘片径向移动。温切斯特技术的出现一直影响着硬盘的发展，虽然现今硬盘已经发生了翻天覆地变化，我们使用的硬盘容量为数TB，但其本质并无太大区别，IBM 3340也因此成为现今硬盘真正意义上的祖先。

IBM 350 RAMAC是硬盘的开山鼻祖

单碟容量进入GB级时代

由于IBM于1991年生产的3.5英寸的硬盘采用了MR磁阻磁头，故使得硬盘的整体容量首次达到了1GB。1GB的容量在当时看来已经是非常庞大的了，当时在业界也引起了非常大的轰动。

首款采用温切斯特技术的IBM 3340硬盘

MR技术的出现，使得硬盘拥有更高的实际记录密度，从而扩充了硬盘的整体容量，提高了硬盘对数据的吞吐量。

如果说温切斯特技术和MR技术将硬盘引入一个新纪元，那GMR巨磁阻则令硬盘迎来一次质的飞跃。1994年，IBM公司利用巨磁阻效应研发出新型的硬盘磁头，即巨磁阻磁头。巨磁阻磁头的出现，令磁盘密度在原来的基础上提高了17倍，单个硬盘体积大大减小，硬盘容量进一步扩大。GMR与MR都是利用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，但是GMR磁头使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，比MR磁头更为敏感，相同的磁场变化能引起更大的电阻值变化。而为激动人心的是，巨磁阻的出现令单碟容量突破10GB！

单碟容量成功破10GB

在20世纪接近尾声的时候，硬盘技术有了革命性的突破。1999年9月，迈拓宣布了首块单碟容量高达10.2GB的ATA硬盘，从而把硬盘的容量引入了一个新里程碑。在这之后的很长一段时间里，总体容量飙升至40.9GB的硬盘逐渐走进了千家万户，满足了用户对于存储密集型应用的要求。从1999年开始，主流硬盘的传输模式也由Ultra DMA/33（数据传输率为33MB/s）逐步朝着Ultra DMA/66（数据传输率为66MB/s）过渡。经过一年多的发展之后，Ultra DMA/66传输模式已经日渐成熟。2000年以后，支持ATA/100的硬盘逐渐成为市场的主流。

IBM Deskstar 16GP

然而就在新世纪元年里，希捷发布了转速高达15000r/min的Cheetah X15系列硬盘，其平均寻道时间只有3.9ms，这是当时全球传输速率快的硬盘，同时也是当时转速高的硬盘。此系列产品的内部数据传输率高达48MB/s，数据缓存为4MB～16MB，支持Ultra160/m SCSI及Fibre Channel。总之，希捷的Cheetah X15系列将硬盘的性能提高到了一个新高度。同样是在这一年，硬盘业界还出现了一件振奋人心的消息，即昆腾与迈拓合并案。如果说希捷在产品容量和速度方面是业界的大贡献者，那么昆腾和迈拓在产品噪音的优化改善方面，也同样在业界扮演着举足轻重的角色。昆腾的“Quiet Drive Technology”安静驱动器技术曾在7200r/min Atlas V和Atlas 10000r/min系列硬盘上应用，使得昆腾硬盘发出的噪声比其他品牌的同类产品要低得多。

单碟突破百GB，SATA引领风潮

2003年9月，希捷发布了酷鱼7200.7 PLus 200GB，其单碟容量达到了100GB，标志着硬盘迎来新的海量时代。随着单碟容量突破100GB，希捷顺势推出基于SATA架构研发的新一代硬盘。SATA技术亮点除了更快的传输速度，NCQ也是亮点之一。NCQ称为“全速命令队列(Native Command Queuing，NCQ)”，如图所示，NCQ硬盘采用类似乱序的方式读取，而非是顺序读取，这样的好处能大大地提高整个工作流程的效率，极大提高了读写效率。

未采用NCQ的硬盘（左）与采用NCQ的硬盘（右）

NCQ的引入虽未能提高硬盘单碟容量，但一定程度上提升了硬盘读写速率，用户等待程序装载的时间得以缩减。虽然NCQ理念前卫，但真正得到普及却是两年后的事情。目前的硬盘基本上都支持NCQ，要开启NCQ，需在主板中进行设置。