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Win7之家:Win7学院之20张图为您讲述磁盘发展史

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从1956年IBM发明硬盘以来,硬盘到今年已经有58年的历史了。今天,笔者精选20张有代表的图片,来回顾一下硬盘,包括磁盘的历史。

自计算机诞生的那一刻起,存储设备就扮演着不可或缺的角色。从某种程度上来讲,电脑性能的好坏只是影响运算数据的速度,而存储设备的使命则是保证大家的研究所得以及运算数据得以延续。不夸张地说,现代文明很大程度上都是存在硬盘里面……(大姐姐们在召唤)

 

1、1956年,IBM发明了第一块硬盘RAMAC 350,大家见得太多了,不提了。讲两点,RAMAC代表Random Access Method of Accounting and Control,也就是随机读取,这是硬盘最大的优点。以前打孔机、磁带都是顺序读取的,速度不是一般的慢;另外,这个硬盘比冰箱大,容量是5MB。

目前硬盘大体上分为三种,分别有固态硬盘(SSD 盘,新式硬盘)、机械硬盘(HDD 传统硬盘)、混合硬盘(HHD 一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘)。

首先,让我们看一下硬盘的发展史:

2、1962年,IBM推出1301硬盘,它第一次使用空气轴承,消除了摩擦,这个硬盘容量是28MB。

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  • 1956年9月13日,IBM的IBM 350 RAMAC(Random Access Method of Accounting and Control)是现代硬盘的雏形,整个硬盘需要50个直径为24英寸表面涂有磁浆的盘片,它相当于两个冰箱的体积,不过其存储容量只有5MB。
  • 1971年,IBM开始采用一种名叫Merlin的技术生产硬盘,这种技术据称能使硬盘头更好地在盘片上索引。
  • 1973年,IBM 3340问世,主流采用采用红色。这个大家伙每平方英寸存储1.7MB的数据,在当时已经创了一个纪录。许多公司共享这些系统,需要时按照时间和存储空间租用它。租赁价值为7.81美元每兆,这个价格比当时汽油的价格还贵38%。它拥有“温彻斯特”这个绰号,也就是我们现在所熟知的“温氏架构”。来源于它两个30MB的存储单元,恰好是当时出名的“温彻斯特来福枪”的口径和填弹量。至此,硬盘的基本架构被确立。
  • 1979年,IBM发明了Thin Film磁头,使硬盘的数据定位更加准确,因此使得硬盘的密度大幅提升。
  • 1980年,两位前IBM员工创立的公司开发出5.25英寸规格的5MB硬盘,这是首款面向台式机的产品,而该公司正是希捷公司(Seagate)公司。
  • 1982年,日立发布了全球首款容量超过1GB的硬盘。这就是容量为1.2GB的H-8598硬盘。这块硬盘拥有10片14英寸盘片,两个读写磁头。
  • 1980年代末,IBM推出MR(Magneto Resistive磁阻)技术令磁头灵敏度大大提升,使盘片的存储密度较之前的20Mbpsi(bit/每平方英寸)提高了数十倍,该技术为硬盘容量的巨大提升奠定了基础。1991年,IBM应用该技术推出了首款3.5英寸的1GB硬盘。
  • 1970年到1991年,硬盘碟片的存储密度以每年25%~30%的速度增长;从1991年开始增长到60%~80%;至今,速度提升到100%甚至是200%。从1997年开始的惊人速度提升得益于IBM的GMR(Giant Magneto Resistive,巨磁阻)技术,它使磁头灵敏度进一步提升,进而提高了存储密度。
  • 1993年,康诺(Conner Peripherals)推出了CP30344硬盘容量是340MB。
  • 1995年,为了配合Intel的LX芯片组,昆腾与Intel携手发布UDMA 33接口—EIDE标准将原来接口数据传输率从16.6MB/s提升到了33MB/s。同年,希捷开发出液态轴承(FDB,Fluid Dynamic Bearing)马达。所谓的FDB就是指将陀螺仪上的技术引进到硬盘生产中,用厚度相当于头发直径十分之一的油膜取代金属轴承,减轻了硬盘噪音与发热量。
  • 1996年,希捷收购康诺(Conner Peripherals)
  • 1998年2月,UDMA 66规格面世。
  • 2000年10月,迈拓(Maxtor)收购昆腾。
  • 2003年1月,日立宣布完成20.5亿美元的收购IBM硬盘事业部计划,并成立日立环球存储科技公司(Hitachi Global StorageTechnologies, Hitachi GST)。
  • 2005年日立环储和希捷都宣布了将开始大量采用磁盘垂直写入技术(perpendicular recording),该原理是将平行于盘片的磁场方向改变为垂直(90度),更充分地利用的存储空间。
  • 2005年12月21日,希捷宣布收购迈拓(Maxtor)。
  • 2007年1月,日立环球存储科技宣布将会发售全球首只1Terabyte的硬盘,比原先的预定时间迟了一年多。硬盘的售价为399美元,平均每美分可以购得27.5MB硬盘空间。
  • 2011年3月,西部数据以43亿美元的价格,收购日立环球存储科技。
  • 2011年4月,希捷宣布与三星强化策略伙伴关系。

3、前两代硬盘IBM 350 RAMAC 和IBM 1301 Advance Disk File ,体积大小都是差不多的。那个时候大型机后面估计就是带一个这种硬盘,这就是高端存储的原始形态,绝对的高大上。

这几年来,随着NAND闪存技术的不断发展,基于闪存存储的SSD已然成为市场的新宠儿,性能、体积、噪音、震动等方面都优于HDD。虽然在容量、价格和数据安全性等方面比机械硬盘差了那么点,但SSD取代HDD,将是不可阻挡。

    从硬盘问世至今已经过了56个年头,不管是容量、体积还是生产工艺都较之前有了重大革新和改进,但一直都保持了“温氏”的架构(固态硬盘除外,它不是我们今天的主角)。经过封装后的硬盘,对我们一般呈现出如下的样子:

4、那个时候,硬盘生产线上的工人是这么安装硬盘的。图上工人手里拿的是一个盘片,一个硬盘一般有几十个盘片,绝对是一个体力活。

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5、1973年,IBM推出了8英寸的硬盘33FD,体积大大缩小了。这种尺寸的硬盘被企业市场采用了20年。在1990 EMC的Symmetrix高端存储推出之前,高端存储估计都是用这种大硬盘。后来EMC采用普通PC的小硬盘,采用RAID技术,推出了Symmetrix高端存储,从此开创一个存储阵列的新时代。

从1956年机械硬盘诞生至今,历经辉煌,如今却正值生死存亡之际,在探究这个问题的背后,我们有必要对机械硬盘的发展史做一个全面的梳理。

 

6、这个图显示了1960年到1990间硬盘里面的盘片的尺寸的变化,第一个,也就是最大的一个盘片是1961年生产的,有39英寸大。

机械硬盘的发展史:

    背面:

7、随着硬盘的盘片体积越来越小,硬盘的体积自然也越来越小......

1、1956年,世界上第一块硬盘诞生:

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8、1973年,绝对是存储历史上仅处于1956年发明硬盘最重要的年份。IBM推出了Winchester硬盘,首次采用Winchester密封结构,这是我们现代硬盘的原型。民间叫温盘,即温彻斯特盘。虽然IBM 350 RAMAC是世界上第一块硬盘,但温彻斯特技术出现才真正定义了硬盘制造结构,直到现在,硬盘的制造还仍遵循这一结构规则。至于这个名字Winchester的来历,还有一段典故。因为IBM要求每一项目都需要有一个代码名,当时这个磁盘固定配置的容量是30MB容量,可以插拔的容量30MB,因此读30-30。这些研发人员就拿一款来福枪的名字来命名,这款枪1984发明,1985年市场上就流行起来了,叫Winchester Model 1894,它的子弹夹就是叫.30-30 Winchester(前面的.30是口径,后面的30是火药,表示0.30英寸7.62毫米口径,30格令,约1.9克火药,就是终结者里施瓦辛格骑摩托车时拿的那只长枪)。

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    打开后盖:

9、1976年,希捷的前身Shugart Associates公司和王安电脑联合开发了5.25英寸软盘驱动器,大量用在当时的IBM和APPLE电脑上。笔者印象特别深刻,1988年,当时一个高中同班同学参加全国高中生计算机大赛,获得二等奖,奖品就是一盒5.25英寸的软盘,把笔者羡慕得不得了。现在这个同学在老家开一家电脑店,继续从事计算机行业,也算是把爱好当成事业了。至于为什么是这个尺寸,也有一段故事。据说这两个公司的人经常一起讨论这个项目,一晚下班后他们去一个鸡尾酒吧,看到桌子上的鸡尾酒餐巾纸大小正好,就一致同意把磁盘做成这个大小,回来一量,就是5.25英寸,哈哈,有意思吧。

IBM 350,内含50个盘片,总容量为5MB。

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10、1981年,富士通制造出10.5英寸的硬盘,这个时候容量已经到了446MB了。

世界上第一块硬盘出生在1956年,至今已有61年半个多世纪的历史。它由IBM公司制造,世界上第一块硬盘:350RAMAC。盘片直径为24英寸,盘片数为50片,重量则是上百公斤,相当于两个冰箱的体积。不过其储存容量只有5MB。

 

11、1982年,NEC给NTT定制了一种8英寸的硬盘,容量是354MB。

在那个时代,RAMAC是令人吃惊的计算机设备,被用于银行,医疗领域。虽然350RAMAC还不能称之为严格意义上的硬盘,但却为计算机发展史掀起了新一页。

    硬盘主要由盘体、控制电路板和接口部件组成。盘体就是一个密封,封装了多个盘片的腔体;控制电路包含硬盘BIOS,主控芯片和硬盘缓存等单元;接口部件包含电源、数据接口主从跳线等。

12、1985年,昆腾推出了一种插卡式硬盘,容量只有10MB。是世界上第一个插卡式硬盘。容量为啥这么小,因为体积小,3.5“,而且很薄。

2、1973年,温彻斯特(Winchester)硬盘诞生

    硬盘的盘片一般采用合金材料,多数为铝合金(IBM曾经开发过玻璃材质的盘片,好像现在有些厂家也生产玻璃材质的盘片,但不多见),盘面上涂着磁性材料,厚度一般在0.5mm左 右。有些硬盘只装一张盘片,有些则有多张。硬盘盘片安装在主轴电机的转轴上,在主轴电机的带动下作高速旋转。每张盘片的容量称为单碟容量,而一块硬盘的总 容量就是所有盘片容量的总和。早期硬盘由于单碟容量低,所以盘片较多。现代的硬盘盘片一般只有少数几片。 盘片上的记录密度很大,而且盘片工作时会高速旋转,为保证其工作的稳定,数据保存的长久,所以硬片都是密封在硬盘内部。不可自行拆卸硬盘,在普通环境下空 气中的灰尘、指纹、头发丝等细小杂质都会对硬盘造成永久损害。一个被大卸八块的硬盘如下:

13、1988年,日立推出第一款9.5英寸的硬盘,看样子很坚固哦。这个硬盘容量已经到达1.89GB,使用了8个盘片。

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14、这个就是硬盘的剖面图,可以看到8个硬盘碟片。

温彻斯特硬盘

    接下来我们了解一下硬盘的盘面,柱面,磁道和扇区的概念。

15、1992年,SyQuest Technology推出世界上第一款3.5英寸磁盘驱动器,容量110MB。笔者上大学的时候已经开始使用这种小的磁盘了。

由于RAMAC体积过于庞大,性能低效等缺点,IBM提出了“温切斯特/Winchester”技术,并于1973年研制成功了一种新型的硬盘IBM 3340。这种硬盘拥有几个同轴的金属盘片,盘片上涂着磁性材料。它们与能够移动的磁头共同密封在一个盒子里面,磁头从旋转的盘片上读出磁信号的变化。

      盘面

16、1995年,Iomega推出了首款容量大于1GB的磁盘驱动器。笔者好像没有用过,因为后来软盘很快就淘汰了,大家都用U盘了。

这就是我们今天使用的硬盘的祖先——IBM把它叫做温彻斯特(Winchester)硬盘,也称温盘。

    硬盘一般会有一个或多个盘片,每个盘片可以有两个面(Side),即第1个盘片的正面称为0面,反面称为1面;第2个盘片的正面称为2面,反面称为3面...依次类推。每个盘面对应一个磁头(head)用于读写数据。第一个盘面的正面的磁头称为0磁头,背面称为1磁头;第二个盘片正面的磁头称为2磁头,背面称为3磁头,以此类推。盘面数和磁头数是相等的。

17、1997年,希捷推出首款10,000转的硬盘,重点提高硬盘的访问速度。

这个绰号,来源于他两个30MB的储存单元,恰是当时出名的“温彻斯特来福枪”的口径和填弹量。至此,硬盘的基本架构就被确立。

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