完全认识硬盘

硬盘的历史与发展

　　从第一块硬盘RAMAC的产生到现在单碟容量高达15GB多的硬盘，硬盘也经历了几代的发展，下面就介绍一下其历史及发展。

    　　1.1956年9月，IBM的一个工程小组向世界展示了第一台磁盘存储系统IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control），其磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域，从而成功地实现了随机存储，这套系统的总容量只有5MB，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，它们被叠起来固定在一起，绕着同一个轴旋转。此款RAMAC在那时主要用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域内。

    　　2.1968年IBM公司首次提出“温彻斯特/Winchester”技术，探讨对硬盘技术做重大改造的可能性。“温彻斯特”技术的精隋是：“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”，这也是现代绝大多数硬盘的原型。

    　　3.1973年IBM公司制造出第一台采用“温彻期特”技术的硬盘，从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础。

    　　4.1979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。

    　　5.80年代末期IBM对硬盘发展的又一项重大贡献，即发明了MR（Magneto Resistive)磁阻，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20MB每英寸提高了数十倍。

    　　6.1991年IBM生产的3.5英寸的硬盘使用了MR磁头，使硬盘的容量首次达到了1GB，从此硬盘容量开始进入了GB数量级。

    　　7.1999年9月7日，Maxtor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。

    　　8.2000年2月23日，希捷发布了转速高达15，000RPM的Cheetah X15系列硬盘，其平均寻道时间只有3.9ms，这可算是目前世界上最快的硬盘了，同时它也是到目前为止转速最高的硬盘；其性能相当于阅读一整部Shakespeare只花.15秒。此系列产品的内部数据传输率高达48MB/s，数据缓存为4~16MB，支持Ultra160/m SCSI及Fibre Channel(光纤通道) ，这将硬盘外部数据传输率提高到了160MB~200MB/s。总得来说，希捷的此款（”捷豹”）Cheetah X15系列将硬盘的性能提高到了一个新的里程碑。

    　　9.2000年3月16日，硬盘领域又有新突破，第一款“玻璃硬盘”问世，这就是IBM推出的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，这是目前最大容量的硬盘，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。

硬盘分类和技术规格

　　目前的硬盘产品内部盘片有：5.25，3.5，2.5和1.8英寸（后两种常用于笔记本及部分袖珍精密仪器中，现在台式机中常用3.5英寸的盘片）；如果按硬盘与电脑之间的数据接口，可分为两大类：IDE接口及SCSI接口硬盘两大阵营。

    技术规格：

    目前台式机中硬盘的外形差不了多少，在技术规格上有几项重要的指标：

    　　1.平均寻道时间（average seek time），指硬盘磁头移动到数据所在磁道时所用的时间，单位为毫秒（ms）。注意它与平均访问时间的差别，平均寻道时间当然是越小越好，现在选购硬盘时应该选择平均寻道时间低于9ms的产品。

    　　2.平均潜伏期（average latency），指当磁头移动到数据所在的磁道后，然后等待所要的数据块继续转动（半圈或多些、少些）到磁头下的时间，单位为毫秒（ms）。

    　　3.道至道时间（single track seek），指磁头从一磁道转移至另一磁道的时间，单位为毫秒（ms）。

    　　4.全程访问时间（max full seek），指磁头开始移动直到最后找到所需要的数据块所用的全部时间，单位为毫秒（ms）。

    　　5.平均访问时间（average access），指磁头找到指定数据的平均时间，单位为毫秒。通常是平均寻道时间和平均潜伏时间之和。注意：现在不少硬盘广告之中所说的平均访问时间大部分都是用平均寻道时间所代替的。

    　　6.最大内部数据传输率（internal data transfer rate），也叫持续数据传输率（sustained transfer rate），单位Mb/S（注意与MB/S之间的差别）。它指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率，一般取决于硬盘的盘片转速和盘片数据线密度（指同一磁道上的数据间隔度）。注意，在这项指标中常常使用Mb/S或Mbps为单位，这是兆位/秒的意思，如果需要转换成MB/S（兆字节/秒），就必须将Mbps数据除以8（一字节8位数）。例如，WD36400硬盘给出的最大内部数据传输率为131Mbps,但如果按MB/S计算就只有16.37MB/s（131/8）。

    　　7.外部数据传输率：通称突发数据传输率（burst data transfer rate），指从硬盘缓冲区读取数据的速率，在广告或硬盘特性表中常以数据接口速率代替，单位为MB/S。目前主流硬盘普通采用的是Ultra ATA/66，它的最大外部数据率即为66.7MB/s，而在SCSI硬盘中，采用最新的Ultra 160/m SCSI接口标准，其数据传输率可达160MB/s，采用Fibra Channel（光纤通道），最大外部数据传输将可达200MB/s。在广告中我们有时能看到说双Ultra 160/m SCSI的接口，这理论上将最大外部数据传输率提高到了320MB/s，但目前好像还没有结合有此接口的产品推出。

    　　8.主轴转速：是指硬盘内主轴的转动速度，目前ATA（IDE）硬盘的主轴转速一般为5400~7200rpm，主流硬盘的转速为7200RPM，至于SCSI硬盘的主轴转速可达一般为7200~10，000RPM，而最高转速的SCSI硬盘转速高达15，000RPM（即希捷“捷豹X15”系列硬盘）。

    　　9.数据缓存：指在硬盘内部的高速存储器：目前硬盘的高速缓存一般为512KB~2MB，目前主流ATA硬盘的数据缓存应该为2MB，而在SCSI硬盘中最高的数据缓存现在已经达到了16MB。对于大数据缓存的硬盘在存取零散文件时具有很大的优势。

    　　10.硬盘表面温度：它是指硬盘工作时产生的温度使硬盘密封壳温度上升情况。这项指标厂家并不提供，一般只能在各种媒体的测试数据中看到。硬盘工作时产生的温度过高将影响薄膜式磁头(包括GMR磁头)的数据读取灵敏度，因此硬盘工作表面温度较低的硬盘有更好的数据读、写稳定性。如果对于高转速的SCSI硬盘一般来说应该加一个硬盘冷却装置，这样硬盘的工作稳定性才能得到保障。

    　　11.MTBF（连续无故障时间）：它指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时。一般硬盘的MTBF至少在30000或40000小时。这项指标在一般的产品广告或常见的技术特性表中并不提供，需要时可专门上网到具体生产该款硬盘的公司网址中查询。

接口标准和结述语

ATA接口，这是目前台式机硬盘中普通采用的接口类型。

    ST-506/412接口：

    　　这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 。

    ESDI接口：

    　　即（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及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它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)：

    　　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）：

    　　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)：

    　　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)：

    　　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：

    　　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。

    SCSI接口：

    　　ＳＣＳＩ就是指Small Computer System Interface(小型计算机系统接口)，它最早研制于1979，原是为小型机的研制出的一种接口技术，但随着电脑技术的发展，现在它被完全移植到了普通PC上。现在的ＳＣＳＩ可以划分为SCSI-1和SCSI-2(SCSI Wide与SCSI Wind Fast)，最新的为SCSI-3，不过SCSI-2是目前最流行的SCSI版本。 SCSI广泛应用于如：硬盘、光驱、ZIP、MO、扫描仪、磁带机、JAZ、打印机、光盘刻录机等设备上。它的优点非常多主要表现为以下几点：

    １、适应面广；

    　　使用SCSI，你所接的设备就可以超过15个，而所有这些设备只占用一个IRQ，这就可以避免IDE最大外挂15个外设的限制。

    ２、多任务；

    　　不像IDE，SCSI允许对一个设备传输数据的同时，另一个设备对其进行数据查找。这将在多任务操作系统如Linux、Windows NT中获得更高的性能。

    ３、宽带宽；

    　　在理论上，最快的SCSI总线有160MB/s的带宽，即Ultra 160/s SCSI；这意味着你的硬盘传输率最高将达160MB/s(当然这是理论上的，实际应用中可能会低一点)。

    ４、少CPU占用率

    　　从最早的SCSI到现在Ultra 160/m SCSI，SCSI接口具有如下几个发展阶段

    　 　1、SCSI-1 ?最早SCSI是于1979年由美国的Shugart公司（Seagate希捷公司的前身）制订的，并于1986年获得了ANSI（美国标准协会）承认的SASI(Shugart Associates System Interface施加特联合系统接口) ，这就是我们现在所指的SCSI -1，它的特点是，支持同步和异步SCSI外围设备；支持7台8位的外围设备最大数据传输速度为5MB/S；支持WORM外围设备。

    　　2、SCSI-2 ?90年代初（具体是1992年），SCSI发展到了SCSI-2，当时的SCSI-2 产品（通称为Fast SCSI）是能过提高同步传输时的频率使数据传输率提高为10MB/S,原本为8位的并行数据传输称为：Narrow SCSI；后来出现了16位的并行数据传输的WideSCSI,将其数据传输率提高到了20MB/S 。

    　　3、SCSI-3 ?1995年推出了SCSI-3，其俗称Ultra SCSI，全称为SCSI-3 Fast-20 Parallel Interface（数据传输率为20M/S）它采用了同步传输时钟频率提高到20MHZ以提高数据传输的技术，因此使用了16位传输的Wide模式时，数据传输即可达到40MB/s。其允许接口电缆的最大长度为1.5米。

    　　4、1997年推出了Ultra 2 SCSI(Fast-40)，其采用了LVD（Low Voltage Differential，低电平微分）传输模式，16位的Ultra2SCSI(LVD)接口的最高传输速率可达80MB/S,允许接口电缆的最长为12米，大大增加了设备的灵活性。

    　　5、1998年9月更高的数据传输率的Ultra160/m SCSI(Wide下的Fast-80)规格正式公布，其最高数据传输率为160MB/s，这将给电脑系统带来更高的系统性能。

    
结述语

    　　通过上面的介绍，我想你对硬盘应该有一个比较完整的了解吧！

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