硬碟到底是怎麼存下那麼多數據的,拆開讓你看個請!

2021-02-24 機械前線


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©文丨 機械前線、製造原理

一個小小的硬碟

怎麼就能存下那麼多數據

這個視頻看完你就明白了


目前硬碟大體上分為三種，分別有固態硬碟（SSD 盤，新式硬碟）、機械硬碟（HDD 傳統硬碟）、混合硬碟（HHD 一塊基於傳統機械硬碟誕生出來的新硬碟）。

硬碟製造過程

機械硬碟的發展史：

世界上第一塊硬碟出生在1956年，至今已有61年半個多世紀的歷史。它由IBM公司製造，世界上第一塊硬碟：350RAMAC。碟片直徑為24英寸，碟片數為50片，重量則是上百公斤，相當於兩個冰箱的體積。不過其儲存容量只有5MB。

IBM 350，內含50個碟片，總容量為5MB。

在那個時代，RAMAC是令人吃驚的計算機設備，被用於銀行，醫療領域。雖然350RAMAC還不能稱之為嚴格意義上的硬碟，但卻為計算機發展史掀起了新一頁。

2、1973年，溫徹斯特（Winchester）硬碟誕生

由於RAMAC體積過於龐大，性能低效等缺點，IBM提出「溫切斯特/Winchester」技術，並於1973年研製成功了一種新型的硬碟IBM 3340。這種硬碟擁有幾個同軸的金屬碟片，碟片上塗著磁性材料。它們與能夠移動的磁頭共同密封在一個盒子裡面，磁頭從旋轉的碟片上讀出磁信號的變化。

這就是我們今天使用的硬碟的祖先——IBM把它叫做溫徹斯特（Winchester）硬碟，也稱溫盤。


溫徹斯特硬碟

這個綽號，來源於他兩個30MB的儲存單元，恰是當時出名的「溫徹斯特來福槍」的口徑和填彈量。至此，硬碟的基本架構就被確立。

1979年IBM發明薄膜磁頭技術，這項技術能顯著減少磁頭和磁片的距離，增加數據密度。令硬碟體積可以進一步減小，讀寫速度可以更快，容量更大。同時期IBM推出了是第一款採用薄膜磁頭技術的硬碟 IBM 3370。IBM 3370最初能存儲571MB的數據，最高可擴展到4個單元並能和IBM System/30中型電腦搭配。

3、1980年，第一款GB級容量硬碟+第一款家用硬碟誕生

真正的第一款GB級容量硬碟是由IBM 於1980年推出的IBM 3380，容量達2.5GB。跟現在的輕量級硬碟不同，IBM 3380的重量超過500磅。

上圖為IBM 3380

同年，兩位前IBM員工創立的公司開發推出第一款5.25英寸的硬碟ST-506，硬碟初始容量為5MB，這是首款面向個人用戶的硬碟產品。而該公司正是希捷(SEAGATE)公司。這款硬碟也是存儲行業第一次引入了計算系統中獨立磁碟控制器的概念。

希捷ST 506 5.25英寸硬碟

在20世紀80年代末，IBM公司推出MR(Magneto Resistive磁阻)技術，這種新型磁頭採取磁感應寫入、磁阻讀取的方式，令磁頭靈敏度大大提升，大幅度提高硬碟的工作效率，與此同時碟片的儲存密度較之前的20Mbpsi(bit/每平方英寸)提高了數十倍，為硬碟容量的巨大提升奠定了基礎。

上圖為GMR巨磁阻效應磁頭

在1991年IBM應用該技術推出首款3.5英寸的1GB硬碟0663-E12。雖然在此之前1983年已經出現了第一款3.5英寸硬碟，1988年出現了第一款2.5英寸硬碟，但容量方面都沒有突破GB，可以說0663-E12是開創了民用級GB硬碟的先河，從此硬碟容量開始進入了GB數量級，3.5英寸的硬碟規格也由此成為現代計算機硬碟的標準規格。

5、1997年，劃時代技術「GMR巨磁阻效應磁頭」誕生

在1997年時，GMR巨磁阻效應磁頭誕生了。新磁頭相比MR磁頭而言更加敏感，如果說用MR磁頭能夠達到3～5 Gb/inch2的存儲密度，那麼使用GMR之後，存儲密度可以達到10～40Gb/inch2，相對於以前提高了8倍之多，這使硬碟的存儲密度又上了一個臺階。

不過，由於現有的硬碟區域密度達到了相當高的水平，進一步的發展受到了超順磁效應限制，要繼續推動硬碟技術的發展，需要引入新的技術。

於是垂直存儲技術出現了。它再一次提高了硬碟的存儲密度。在2007年，日立推出的第一款突破TB級容量的硬碟。到2012年，有了第一款4TB硬碟的現身。

水平與垂直存儲技術

7、2012-2017年，SSD的時代HDD幾乎是停滯的

受限於機械硬碟的瓶頸難以突破，性能上升空間極為有限，又加上SSD這個大敵崛起。從2012年開始，機械硬碟技術的發展幾乎是停滯的。以希捷、西數為代表的機械硬碟廠商，新品沒發布幾款，如今電商在售的桌面機械硬碟還是5、6年的老產品，令人惋惜。

無奈的是，希捷與西數兩家廠商也開始轉戰SSD市場，可見傳統機械硬碟行業的落沒！

60年發展史被短短6年顛覆？

硬碟出現在50年代初，從70年代開始，硬碟的容量不斷的增大，從最早的幾十兆，到現在的TB級別 。同時，硬碟體積則是不斷的縮小，直到我們今天常見2.5/3.5英寸體積硬碟，還有一些微硬碟（1.8英寸以下的硬碟，包括1.8英寸）。機械硬碟花費了超過60年苦心經營，卻被2011-2012前後才進入消費市場的SSD，僅用短短6年時間，就顛覆機械硬碟這個存儲帝國。

機械硬碟體積，磁頭和容量的變化，向我們展示了HDD的發展史中技術不斷的迭代更新。如今，磁碟的碟片技術、磁頭技術方面沒有突破性進展，更多的只是在靠堆碟片來發展容量而已。想要突破創新，難。

反之SSD則在體積上，性能上還有容量上不斷突破，相信在不遠的未來，將全面代替HDD。未來，HDD會像磁帶，軟盤一樣逐漸的消失在人們的視線中。

但是……它所抒寫的歷史，對於存儲意義，是無法磨滅……

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