机械硬盘的发展历史、现状以及前景

发布时间：2017-12-28


机械硬盘的发展历史、现状以及前景








目录
一、 概述.................................................................................................... 3 二、 机械硬盘发展历史............................................................................ 3
1. 第一块硬盘 ................................................................................ 3 2. 温彻斯特（Winchester）技术 ................................................. 4 3. GB级容量硬盘和家用硬盘 ...................................................... 4 4. SATA的出现与TB级别容量的突破 ......................................... 5
三、 机械硬盘具体功能............................................................................ 5
1. 机械硬盘主要技术参数 ............................................................ 5 2. 机械硬盘的主要应用 ................................................................ 6 3.机械硬盘的应用优势 ................................................................ 7
四、机械硬盘发展前景及总结.................................................................... 7






一、 概述
磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。信息通过离磁性表面很近的磁头，由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上，信息可以通过相反的方式读取。1这便是传统意义上的硬盘，由盘片、盘组、磁盘阵列等组成的外部储存器，在汉语环境下主要意思是指硬盘驱动器HDD（Hard Disk Drive），而后为了与新出的固态硬盘驱动器SSD（Solid Stage Drivers）相区分，将传统的硬盘称为机械硬盘。
机械硬盘是计算机外部储存的主要形式，几十年来一直如此，可自从固态硬盘出现和发展，改变了几十年来硬盘基本的储存结构，其从性能到体验几乎都全方面胜过了传统的硬盘，一时间，几乎所有的人都在唱衰机械硬盘，传统储存巨头去年裁员的6500人和今年发布的裁员计划的500人几乎全部来自机械硬盘或与之相关产业。与机械硬盘相比，固态硬盘防震抗摔性更高，数据传输速度更快，功耗更低，重量更轻且几乎无噪音，占有绝对优势，然而随着NAND闪存价格一路走高且居高不下，人们似乎又开始注意到性价比更高的机械硬盘，相关的研究也愈加见诸报端。
二、 机械硬盘发展历史
1. 第一块硬盘
世界上第一块硬盘由IBM于1956年设计并制造，名为IBM 350 RAMAC，RAMAC是“计算与控制随机访问方法”（Random Access Method Of Accountingand Control）的缩写，这款产品总共使用了50张24英寸的表面涂有磁浆的盘片，体积巨大，但储存容量仅为5MB，但在当时，RAMAC是震惊世人的计算机设备，被用于银行、医疗领域。

1来自【hard drive . 维基百科】



2. 温彻斯特（Winchester）技术
1968年，IBM 研发成功了温彻斯特技术——这是硬盘发展史中的历史性突破与里程碑。Winchester技术主要针对硬盘物理结构进行了更多改进，主要为：密封、固定并高速旋转的镀磁盘片、磁头沿盘片径向转动、磁头悬浮在高速转动的盘片上方而不与盘片直接接触。
1973年，IBM发布了一种新型的硬盘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。这块硬盘开始，硬盘的基本架构就被确立了。
1979年IBM发明了薄膜磁头技术，这项技术能显著减少磁头和磁片的距离，增加数据密度。令硬盘体积可以进一步减小，读写速度可以更快，容量更大。同年IBM推出了IBM 3370 ，能储存571MB的数据。
3. GB级容量硬盘和家用硬盘
1980年，IBM 推出了第一款GB级容量硬盘——IBM 3380，容量达到了2.5G，重量也超过了500磅。同年，希捷发布了首款面向个人的硬盘产品—— ST-506，容量仅为5MB，但大小也只有5.25英寸。
1991年，IBM推出了容量为 1GB 的3.5英寸硬盘—— 0663-E12，这款硬盘使用了MR（Magneto Resistive）磁头，使得普通用户应用的硬盘容量首次达到了1GB，标志硬盘进入了GB时代。
1997年，磁头技术进一步发展出现了 GMR巨磁阻效应磁头。新磁头相比MR磁头而言更加敏感，如果说用MR磁头能够达到3～5 Gb每平方英寸的存储密度，那么使用GMR之后，存储密度可以达到10～40Gb每平方英寸，相对于以前提高了8倍之多，这使硬盘的存储密度又上了一个台阶。
1999年，Maxtor宣布了首块单碟容量高达10.2GB的ATA硬盘。



4. SATA的出现与TB级别容量的突破
2000年，Intel公司在IDF2000大会上推出了 SATA，该技术可以让用户拥有高效能的硬盘，却不必牺牲资料的完整性。SATA最大的优势是传输速率高。SATA的工作原理非常简单：采用连续串行的方式来实现数据传输从而获得较高传输速率。SATA的出现宣告了普通IDE硬盘的终结，并且在数据可靠性和节省空间方面也有了极大的提高。
2007年，日立推出的第一款突破TB级容量的硬盘，其利用了垂直记录技术，在磁盘区域密度达到极限，磁盘容量受到超顺磁效应限制的情况下，实现了磁盘容量的进一步提升。
三、 机械硬盘具体功能
1. 机械硬盘主要技术参数
容量：是硬盘最为主要的参数，其中单片容量指硬盘单片盘片的容量，在一定程度上决定着硬盘的档次高低，在相同转速的情况下，硬盘单碟容量越大其内部数据传输速率就越快，单位成本越低，平均访问时间也越短。
转速：是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一，它是决定硬盘内部传输率的关键因素之一，硬盘的主轴马达带动盘片高速旋转，产生浮力使磁头飘浮在盘片上方。要将所要存取资料的扇区带到磁头下方，转速越快，则等待时间也就越短。因此转速在很大程度上直接影响到硬盘的速度。家用的普通硬盘的转速一般有5400rpm、7200rpm几种高转速硬盘也是台式机用户的首选；而对于笔记本用户则是4200rpm、5400rpm为主。高转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间（硬盘在相同的时间内可以读写更多的内容），从而提高硬盘的运行速度和性能，但随着硬盘转速的不断提高也带来了温度升高、电机主轴磨损加大、工作噪音增大等负面影响。
平均访问时间：指磁头从起始位置到到达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。平均访问时间体现了硬盘的读写速度，它包


括了硬盘的寻道时间和等待时间，即：平均访问时间=平均寻道时间+平均等待时间。平均寻道时间指硬盘的磁头移到盘面指定磁道所需的时间，平均寻道时间越小，磁盘的运行速度越快；平均等待时间是指磁头已处于要访问的磁道，等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时间为盘片旋转一周所需的时间的一半，一般应在4ms以下。
传输速率：指硬盘读写数据的速度，包括了内部数据传输率和外部数据传输率。内部传输率也称为持续传输率，它反映了硬盘缓冲区未用时的性能。内部传输率主要依赖于硬盘的旋转速度；外部传输率也称为突发数据传输率或接口传输率，它标称的是系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率，外部数据传输率与硬盘接口类型和硬盘缓存的大小有关。
缓存：由于硬盘磁头和盘片之间的读写是机械动作，速度相对较慢，因此硬盘通过将数据暂存在一个比磁盘速度快得多的缓冲区，即硬盘上的缓存。直接从缓存中读取数据比直接从磁盘中读取要快得多，所以缓存对大幅度提高硬盘的速度具有重要的意义。当硬盘存取零碎数据时需要不断地在硬盘与内存之间交换数据，有大缓存，则可以将那些零碎数据暂存在缓存中，减小外系统的负荷，也提高了数据的传输速度。理论上，硬盘的缓存越大约好。
2. 机械硬盘的主要应用
虽然随着固态硬盘的兴起，机械硬盘看似已经大势已去，但对于固态硬盘来说更低廉的价格以及更高的储存容量，在许多领域，机械硬盘仍然占据相当地位。
在家用机以及面向个人用户市场，选购个人电脑时，得益于相同的接口技术，不少用户倾向于固态硬盘+机械硬盘的外部储存形式，许多厂商也推出了这种形式的个人笔记本电脑。将电脑操作系统以及常用应用软件放在固态硬盘，而数据储存则主要由机械硬盘负责，这种组合形式既满足了使用时的高性能和使用者的良好体验，与全部采用固态硬盘相比也节省了相当客观的经济。而现在随着个人数据储存需求的增大，在移动硬盘、个人数据中心、家庭储存中心等设备上使用的外部储存大多也是机械硬盘。
在企业级市场，在逐步进入以云、大数据、物联网等新兴技术为主导的数字经济时代之后，数据已经成为“电力”，IT已由过去“工具”职能转向了“生产


力”的角色转变，其重要性不言而喻，并且骤然爆发的数据洪流给很多企业来了个措手不及。在大数据储存领域，机械硬盘占据绝对主要地位。而且对于如今愈加高清化和全面化的视频监控领域，对数据储存量的需求也越来越高，对此而言，目前机械硬盘仍是主要的储存方式。
3.机械硬盘的应用优势
虽然固态硬盘有着更加先进的储存介质以及无数的有点，但在许多方面，机械硬盘仍有相当的优势。
价格：鉴于固态硬盘所需的闪存颗粒目前仅有少数巨头能够生产并且成本居高不下，导致固态硬盘的价格与机械硬盘相比在相同容量下高了不只几倍。
容量：受限于闪存颗粒的性能，固态硬盘目前最大的容量仅为 4T，而机械硬盘已有16T的单个硬盘产品出现。
使用寿命：SLC只有10万次的读写寿命，MLC甚至只有1万次，因此由其构成的固态硬盘使用寿命也相对较短，而与之相对应的是，目前机械硬盘的读写次数普遍在10亿次左右，几乎等于没有读写次数限制，在长期数据储存方面，机械硬盘更有优势。
安全性：存储安全方面。硬盘读写过程中NAND闪存的存储块不能被直接覆盖重写，只能重新写入先前被擦除的块中。如果一个软件加密程序对已经存在于固态硬盘上的数据进行加密，那些原始的、看上去已经被覆盖掉的原始数据实际上并没有被覆盖，它们依然可以被读取，从而造成信息泄漏。而机械硬盘可以直接覆盖掉指定的扇区，因而不存在这个问题。
四、机械硬盘发展前景及总结
受限于物理规则，机械硬盘的瓶颈难以突破，从2012年开始，机械硬盘的发展几乎停滞了，大厂们也纷纷转攻固态硬盘，但近年来，随着储存需求的增大，人们又重新开始关注起了机械硬盘。
在容量上，希捷宣布，其热辅助磁记录存储技术（HAMR）已经接近了商用了，这项技术能够极大提高机械硬盘的容量密度，从而让机械硬盘的容量实现翻倍。


在今年10月，希捷已将容量密度提升到了2Tbpsi（每平方英寸容量），且最终目标是提升到10Tbpsi，根据希捷的计划，在2030年，将会实现100TB的机械硬盘容量；此外，西部数据也宣布了MAMR“微波辅助磁记录”(microwave-assisted magnetic recording硬盘，与HAMR的区别在于利用微波取代HAMR里的激光来作为辅助媒介，2019年出货，号称密度高达4Tb。
在储存效率上，希捷宣布了多致动器技术（multi-actuator）。统驱动器中的所有悬臂都是捆绑在一起的，靠着单一的执行机构将磁头定位到不同的存储区域。然而硬盘是如此的紧密，同一碟片的两面只有一面可以有效地读写。为了摆脱这个限制，希捷决定开发位于同一个中心点上、能够有两组独立运作的悬臂致动器的技术。多致动器技术可以向同一驱动器提供两个“并行访问流”。两组磁头可以同时读取、写入、或者一读一写。2这项技术能够极大得提升机械硬盘的性能以及弥补与固态硬盘相比的短板。
如今的时代是一个信息爆炸的时代，根据IDC预测，2020年全球数据存储需求将会达到44ZB的规模。而固态硬盘的发展远远达不到这个数据量所需要的要求，机械硬盘在接下来15年到20年，仍有用武之地甚至继续占据市场主要地位。

2来自希捷公司官网https://www.seagate.com文章


机械硬盘的发展历史、现状以及前景

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