存储介质演进第3部分：硬盘驱动器

大家好！我们将继续介绍有关信息载体发展的系列文章。我们已经讨论过打孔卡，磁膜和软盘。此外，我们关注光驱的发展。好吧，这一次，我们的资料将专门用于我们最熟悉的设备-硬盘驱动器。

历史上第一个硬盘驱动器比软盘早15年推出-1956年。HDD的时代开放了IBM 305 RAMAC（计费和控制的随机访问方法）模型。其设计基于五十个直径为24英寸（或61厘米）的铝板。在外部，IBM 305 RAMAC就像一个巨大的机柜。他据此称重：它的重量几乎是一吨。

该设备的工作原理是基于磁性的。通常，硬盘驱动器就像磁带一样工作。在铝板的每一侧都喷有金属-铁磁铁。通过磁化板上的某些区域（磁畴）来记录信息，并通过固定剩余磁场进行读取。同时，读取头沿表面自由移动，从而确保了当时惊人的数据读取速度。只需600毫秒就可以提取必要的信息。

IBM 305 RAMAC的主要缺点是该设备根本不可靠。问题在于动头的脆弱性，该脆弱性常常会过热并发生故障。另外，铝板很快就用完了。

IBM 305 RAMAC中一兆字节的成本达到了1万美元。尽管成本很高，IBM还是设法卖出了大约一千个这样的设备。该硬盘生产了5年，直到1961年，IBM才决定停止生产。

305 RAMAC被IBM 1301取代。从本质上讲，它是305 RAMAC的修改版本。 IBM 1301使用相同的铝板，并且使用空气轴承技术解决了读取头过热的问题。该技术的含义是读数头不再与板表面接触：它们之间有0.5微米的空隙。

IBM 1301比305th型号快。对必需数据的访问时间减少了5倍，总计为180毫秒。同时，磁盘容量也增加了，达到28 MB，几乎是IBM 305 RAMAC的6倍。

在IBM 1301之后，发布了带有索引1311的模型，这是第一个带有可移动驱动器的HDD。它由14个板块组成，容量为2.6 MB。该设备不再像其前代产品那样庞大。该模型非常成功，以至于IBM直到1975年才将其从装配线中删除。

但是，1973年发布的IBM 3340设备被认为是现代硬盘驱动器的始祖。这是第一台使用特殊微芯片来控制磁盘旋转和读取头移动的设备。

此外，此HDD的设计使用了较轻的空气动力学板，这些板放置在密封的外壳中。IBM 3340中有两个这样的板，其中一个是可移动的。每个板的体积为30 MB。

因此，硬盘驱动器的标签通常显示为“ 30-30”，这与传奇的温彻斯特30/30步枪相关。很快，“ Winchester”这个名字在IBM 3340中牢牢树立了自己的名字，此后-则用于其他硬盘驱动器。

1980年，IBM向世界推出了IBM 3380硬盘驱动器，这是同类产品中首个提交千兆字节限制的设备。该磁盘的容量为2.52 GB。并且数据传输速率达到了3 MB / s。

值得注意的是，在此之前发行的所有IBM硬盘都打算用于工业规模。直到1980年，希捷才发布了首款家用计算机硬盘。该模型称为ST-506。它以5.25英寸的外形尺寸执行，其容量为5 MB。价格高达1,500美元。好吧，一年后，出现了更快，容量更大的带有Seagate ST-412接口的驱动器，该接口安装在IBM PC / XT计算机中。

到3.5“外形尺寸的过渡发生在1983年，当时苏格兰的小公司Rodime推出了6.38 MB RO351设备。美国公司PrairieTek于1988年发布了第一款具有2.5”外形尺寸的设备。同年，出现了一个63兆字节的2.5英寸东芝Tanba-1硬盘驱动器，该硬盘驱动器旨在安装在笔记本电脑中。

在90年代，IBM开发了两项新技术，影响了硬盘的开发。首先是具有巨大磁阻效应的磁头。这项技术可以实现高达每平方英寸2.7 Gbps的更高记录密度。第二项创新技术是格式化印版的新方法，称为No-ID。其本质在于，扇区的标识信息不是存储在磁盘表面上，而是存储在硬盘的永久存储器中。这使得可以将记录密度再增加10％。

制造商并没有忘记增加硬盘驱动器的速度。长期以来，标准主轴转速为5400 rpm，然后略有增加，已经达到7200 rpm。有时，具有更令人印象深刻的指标的设备出现在市场上。因此，希捷在1999年推出了Cheetah快速硬盘驱动器系列。 15,000 rpm的主轴速度确保了它们的高性能，是标准速度的2倍以上。这种设备的容量为36 GB。

温彻斯特系列，被Western Digital称为Raptor，已经变得越来越受欢迎。最初，这些硬盘驱动器是为在服务器系统中使用而开发的，但后来牢牢地扎根于游戏计算机领域。 Western Digital Raptor模型的晶片旋转速度比Seagate Cheetah中的略慢。主轴速度“仅为” 10,000 rpm，但这足以使传统硬盘在性能上远远落后。不幸的是，WD Raptor系列产品并不可靠。

2005年底，垂直记录方法得到了掌握。到目前为止，绝对所有硬盘驱动器都根据并行记录方法工作。新技术的本质是什么？当使用平行记录时，磁性颗粒被布置成使得磁性矢量平行于板的平面通过。这种方法是最简单的，但是它有一个缺点：在域之间（最小的信息单元），需要相当大的缓冲区以减小它们之间的交互作用力。

相反，当使用垂直记录方法时，磁方向矢量已经垂直于磁盘表面，这大大减小了相互作用力。因此，缓冲区的所需大小也减小了。这样可以增加记录密度。

得益于硬盘行业的垂直记录方法，TB达到了一个里程碑：2007年，日立推出了世界上第一台1TB的Deskstar 7K1000。

尽管固态驱动器在数据存储市场中占据了越来越大的份额，但是硬盘技术并没有被抛在后面，而且还在不断改进。因此，Western Digital的称为HelioSeal的技术看起来非常有前途，该技术允许在硬盘盒内使用氦气代替空气。由于氦比空气轻，因此在HDD内为板高速移动提供了理想的环境。另外，减少了板和读取头之间的振动。

第一批“氦”硬盘于2013年底推出，名称为Ultrastar He6。12月初，西部数据宣布发布更新的Ultrastar He10设备系列。这些设备使用垂直记录方法，其密度为每平方英寸816 Gbps。Ultrastar He10型号的容量为10 TB。

另一有趣的技术是Seagate SMR（带磁条的磁记录）-一种具有重叠磁道的垂直记录方法。与普通的垂直方法不同，信息轨道并排放置，在SMR技术中，信息轨道重叠，形成类似于瓷砖屋顶的形状。使用SMR可以使记录密度提高约25％。顺便说一下，希捷和Western Digital已经采用了这项技术。

同样在不久的将来，计划使用HAMR技术（热辅助磁记录）来建立硬盘驱动器的生产，该技术结合了磁读取和磁光记录。其操作原理是通过用激光加热磁畴并反转磁化来记录信息。这种方法将进一步增加记录密度。根据Seagate的预测，从长期来看，使用HAMR技术的经典3.5英寸硬盘驱动器的容量可以达到50 TB。嗯，第一个HAMR HDD应该会在2020年出现。

（待续...）

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN388585/