筆記本硬盤簡史

筆記本硬盤簡史

　硬盤的鼻祖源于IBM。1956年9月，IBM的一個工程小組向世界展示了第一套磁盤系統IBM 350 RAMAC(Random Access Method of Accounting and Control)，這套系統的總容量5MB，使用了50個直徑為24英寸的磁盤，它的磁頭可以在盤片上的任何一塊存儲區域移動，從而成功地實現了隨機存儲，這些盤片表面涂有一層磁性物質，它們被疊起來固定在一起，繞著同一個軸旋轉。此款RAMAC在那時主要用于行業領域，個人用戶不可能得到，當然當時沒有所謂的PC(Personal Computer)。

　　世界上第一臺真正意義上的筆記本電腦是由日本的東芝（TOSHIBA）公司于1985年推出一款名為T1100的產品。而那個時候的本本是沒有硬盤的。

　　早期的筆記本電腦只配備486或者Pentium級別的CPU，硬盤大多是850M甚至更低的500M，現在看來真是安裝一個操作系統都不夠。這些古董級筆記本電腦硬盤的典型產品包括IBM TravelStar VP系列，容量從270M到1.6GB都有。早期的產品多數是3900轉/分鐘或者4200轉/分鐘的，Cache是512K，只支持PIO模式，性能低下。

　　后來筆記本硬盤便進入了一個群雄爭霸的時代。由于硬盤技術涉及到物理學、摩擦學、空氣動力學、流體力學、信息學、磁力學、工藝技術等多門學科，相對于3.5英寸硬盤來說，適用于筆記本的2.5英寸硬盤和1.8英寸硬盤則對這些技術有著更嚴格的要求。在硬盤產品的規格中，厚度和體積一直是制約筆記本變薄的最重要的因素。而單碟容量和主軸轉速向來是對性能參數影響最大的兩項指標。這兩者又取決于磁頭技術和電機技術的發展。筆者將在下文一一給大家介紹。

厚度之爭

　　厚度之爭可以說在筆記本硬盤的世界里一直沒有停息，筆記本電腦廠商希望能夠有更薄的硬盤產品以利于他們制造出更能迎合其產品輕薄化的趨勢。

　　第一代筆記本硬盤厚度達到了17.5mm，加之發熱量和噪音不理想，很快便被淘汰。第二代產品的厚度降至12.5mm，轉速也提升至5400rpm，產品通用性得到明顯的改善。今天，為適應更強烈的超輕薄化需求，9.5mm筆記本硬盤一統天下，不僅更高轉速提升至7200rpm，性能也有大幅度提高，如經典產品HITACHI Travelsatr 80GN轉速為4200rpm，但性能卻超過上一代5400rpm的Travelsatr 80GNX。另一方面，液態軸承馬達的采用使硬盤工作噪聲和發熱量大大降低，即使裝在一些隔音效果較差的輕薄筆記本中也難聞工作噪音。
　
　　名詞解釋：液態軸承馬達技術：液態軸承馬達跟傳統鋼珠型軸承主軸馬達不同之處在于它使用油膜取代傳統的鋼珠，也就是說它在轉動的時候并未出現金屬接觸，理論上就不會有磨損的問題。這使得軸承能夠有效吸收外來的震動，保護軸承表面。使其能夠承受更大的撞擊力、延長了壽命，減小了噪音。

　　但是人們并不滿足。TOSHIBA獨家開發了重量更輕、體積更小、功耗更低的1.8英寸產品。其厚度僅有7mm，“站地面積”減少了近40％，重量也較前者下降了20g左右，其發熱量和功耗更低。

（圖片：采用1.8英寸硬盤的R100）

　　1.8英寸的產品造就了更加輕薄的筆記本電腦，但是也因為盤片直徑的縮小而進一步削弱了原本就不樂觀的筆記本電腦硬盤性能，而且接口和目前廣泛采用的2.5英寸硬盤不再兼容，因此采用這些1.8英寸筆記本電腦硬盤的品種只適合為了追求輕薄不惜犧牲性能的超便攜一族用戶。

磁頭技術

　　硬盤技術的更新換代，其中一個非常重要的技術就是磁頭技術，現在的硬盤單碟容量一般都在10GB以上，最高的單碟容量已經達到了40GB，通過二個盤片可以實現單款硬盤最大80GB的容量。以后硬盤的單碟容量還將繼續增大，對于單碟容量，它直接聯系的技術就是磁頭技術，磁頭技術越先進，硬盤的單碟容量就可以做得越高。
1979年，發明了薄膜磁頭，使進一步減小硬盤體積、增大容量、提高讀寫速度成為可能。接著在80年代末期，IBM公司對硬盤發展做出了一個非常重要的貢獻，即研發了MR(Magneto-Resistive Head),磁阻磁頭技術。

　　名詞解釋：磁阻磁頭是基于磁致電阻效應工作的，核心是一片金屬材料，其電阻隨磁場的變化而變化。磁阻元件連著一個十分敏感的放大器，可以測出微小的電阻變化。所以，后來的MR技術可以提高記錄密度來記錄數據，增加單碟片容量即硬盤的最高容量，提高數據傳輸率。PRML(Partial Response Maximum Likelihood)讀取技術，它能使盤片存儲更多的信息，即增加容量，同時可以有效地提高數據的讀取和數據傳輸率。

　　90年代，IBM公司將MR磁頭技術應用于筆記本的2.5英寸硬盤中，使得普通電腦用戶使用的硬盤容量首次達到了1GB，從此我們使用的硬盤容量開始進入了GB數量級。而后GMR(GaintMagneto Resistive，巨磁阻)磁頭技術出現了。GMR是IBM公司在MR技術的基礎上研發成功的新一代磁頭技術，它是最新的磁頭技術，現在生產的硬盤全都應用了GMR磁頭技術。

　　名詞解釋：GMR巨磁阻磁頭與MR磁頭一樣，是利用特殊材料的電阻值隨磁場變化的原理來讀取盤片上的數據。，但是GMR磁頭使用了磁阻效應更好的材料和多層薄膜結構，比MR磁頭更為敏感，相同的磁場變化能引起更大的電阻值變化，實現更高的存儲密度。GMR比MR具有更高的信號變化靈敏度，從而使硬盤的單碟容量可以做得更高。

電機技術

　　在硬盤中，與磁頭技術一樣重要的另一項技術就是電機技術了，它直接影響著硬盤轉速的大小。這里介紹一個比較優秀的電機技術——Fluid Dynamic Bearing (FDB)流體動態軸承電機。它在1996年第一次推出，目前已經到了第三代技術，流體動態軸承電機使用的是黏膜液油軸承，以油膜代替滾珠。這樣可以避免金屬面的直接磨擦，將噪聲及溫度降至最低；同時油膜可有效吸收震動，使抗震能力得到提高；它更可減少磨損，提高壽命。這樣，FDB有效地減少了震動，降低了噪音，增強對震動的抵抗能力，延長硬盤的使用壽命。目前最快的筆記本硬盤7200rpm，而主流的轉速5400rpm。

（圖片：HGST的Travelstar 80GN系列（4200轉 80G 8MB緩存）

其它技術

　　其它的技術規格方面對磁盤傳輸性能有所影響的還有傳輸界面和緩存規格。

　　對于傳輸界面來說，ATA-100已經成為目前統一的接口標準，而目前在臺式機平臺上開始應用的serial ATA界面在未來幾乎肯定將為筆記本所用。不過，serial ATA界面何時才能夠在筆記本硬盤上得到應用，還需要看硬盤的外部傳輸率需求。以現在的最高約40MB/s左右的磁盤傳輸性能來看，ATA-100界面目前足夠應付。只有當磁盤的內部傳輸速率受限于外部傳輸界面時，新一代的Serial ATA才有可能在其產品上得到應用。

（圖片：富士通公司推出了業界首款2.5英寸的Serial ATA硬盤MHT20xxBH）

名詞解釋：Serial ATA目前提供最高每秒150MB數據傳輸率，采用點對點的連接架構，并用豐富的指令集來有效管理硬盤活動和接口資料流，將硬盤性能和效率提升至系統接口層級。另外，Serial ATA接口采用一種簡化的配線結構，讓系統擁有更好的氣流轉動，并向用戶提供更高的設計靈活性和熱插拔(hot-plug)能力。

　　緩存是硬盤內部的高速存儲器，硬盤需要通過它來完成與外部數據總線交換數據的過程。硬盤本身的高速緩存(Cache)能夠提高硬盤整體性能這一點是毋庸質疑的，在緩存規格方面，8M緩存基本也已經逐漸步入2.5英寸硬盤主流，16M緩存的產品也已經出現（Toshiba），雖然現在還是有不少2M緩存的產品系列，比如希捷5400rpm的Momentus也提供相關規格，但基本上這些產品都是為了磁盤系統的廉價解決方案而存在。


展望

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　　現在隨著時代的發展，大容量、高轉速、大緩存已經成為了筆記本硬盤的潮流，進入2004年，大多數新款筆記本硬盤容量已經變成了40G、5400轉和8M緩存，這成為了標配。

　　如果從整體硬盤的發展史來看，硬盤尺寸的小型化也將被提到各大廠商議事日程中來。另外7200轉的硬盤將最終成為主流，而隨著希捷介入筆記本硬盤的競爭，將有越來越多的廠商企圖在這個領域上分一杯羹。

（圖片：HGST7200轉產品）

　　相信在不久的將來，硬盤將不會再是筆記本電腦的瓶頸，它將和其它的配件一起隨著制作技術的不斷進步而高速的發展！

筆記本硬盤大事記

1979年 發明了薄膜磁頭，使進一步減小硬盤體積、增大容量、提高讀寫速度成為可能。
80年代末 IBM公司研發了MR(Magneto-Resistive Head),磁阻磁頭技術。
1996年 Fluid Dynamic Bearing (FDB)流體動態軸承電機第一次推出。
2000年 IBM推出了第二代5400轉硬盤Travel Star 32GH，單碟容量上達到8GB，厚度下降為12.5mm。成為第一款實際應用的5400轉筆記本電腦硬盤。
2002年1月 IBM正式推出第四代5400轉硬盤Travel 60GH。首次使筆記本硬盤容量達到了60G。
2002年1月 Toshiba發布其1.8英寸盤片硬盤 ，厚度為8mm。
2002年2月 東芝率先發布9.5mm的5400轉硬盤——MK4019 GAX。該產品在5400轉硬盤中首先實現了20GB單碟容量，雙盤片四磁頭設計，緩存高達16MB！
2003年5月 在2.5英寸硬盤技術上領先的日立HGST發布了業內主軸轉速最快的硬盤—7200rpm的 Travelastar 7K60，與容量最大的5400rpm硬盤Travelastar 5K80一起，再度表率了自己在這一領域的領先地位。
2004年1月 富士通公司推出了業界首款2.5英寸的Serial ATA硬盤MHT20xxBH。

2006年 Intel發布Napa迅馳移動計算平臺，硬盤由并口開始向串口過渡；??
2006年 垂直磁記錄(PMR)技術開始推廣應用，進一步催生大容量產品；??
2006年 結合了閃存和傳統硬盤優勢的混合硬盤開始陸續上市。??