第1頁：硬盤的鼻祖——IBM研發的RAMAC
80后的網友們，你們是否還記得初中上電腦課使用過的臺式機電腦，相比現在的臺式機而言簡直是小巫見大巫。而最大的變化就是當時386電腦并沒有配備硬盤，我們所使用的數據來源就是那一張張軟盤，當時上課玩游戲比如仙劍、紅警都需要數張軟盤才能正常運行，而如今電腦動輒1TB容量的硬盤可以說發展是非常快速的。
80后再初中使用過的電腦
談到硬盤的源頭，就是由IBM公司研制開發的世界上第一個硬盤——RAMAC(RandomAccessMethodofAccountingandControl)。正如下圖這個龐大的物體，我們很難想象它就是硬盤當初的模樣。但正是這個基于50個24英寸金屬磁片組成的龐然大物，才開啟了硬盤領域的發展史。當然IBM也就當之無愧的坐上了硬盤鼻祖的寶座。
RAMAC硬盤雛形
在圖片的右下角就是日立執行副總裁拿著一塊當年RAMAC的24英寸盤片和一張微硬盤1寸盤片對比。除了體型以外，一張1英寸盤片的存儲容量是一張24英寸盤片容量的80000倍；而8GB的1英寸存儲容量則是整個RAMAC硬盤的1600倍。所以，硬盤在經歷了50多年的發展如今可以說無論是體型還是容量和過去相比都有天翻地覆的變化。
當時RAMAC硬盤主要服務于大型機構，如飛機預約、自動銀行、醫學診斷及太空領域，當時推出的售價是35000美元，平均每M要有7000美元的成本，正是由于高昂的制造成本也迫使IBM后來改變了設計路線，才變為目前最盛行的“溫徹斯特”硬盤。
對于RAMAC硬盤我們也不必再多說了，畢竟那已經成為歷史，我們只要記住它是現在所使用硬盤的鼻祖就可以了。那么下面筆者詳細給大家介紹一下我們最熟悉的“溫徹斯特”硬盤的構造。
硬盤基本構造詳解
如今硬盤已經成為電腦配件中最重要的部件，因為只有硬盤才能保存數據，包括我們的文件、照片、視頻等等重要的數據都是存放在硬盤里面的，可見硬盤對人們生活的重要性。
既然很重要，那我們就必須對硬盤有一個深入的了解。前面筆者提到過，IBM重新提出了“溫徹斯特”（Winchester）技術，繼而奠定了以后硬盤所發展的方向。在“溫徹斯特”技術中最大的突破就是“密封、固定并高速旋轉的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動，磁頭懸浮在高速轉動的盤片上方，而不與盤片直接接觸”，這也是現有硬盤的技術雛形。
硬盤基本構造詳解：
硬盤內部結構詳解
硬盤主要由盤片、盤片驅動器、磁頭及控制裝置組成。盤片由較輕質的金屬（如鋁）或玻璃制成，表面再涂上一層磁性材料。盤片的光潔度極高，遠遠超過我們生活中使用的鏡子。硬盤都是密封的，內部非常干凈，哪怕是一絲肉眼看不見的灰塵也會給盤面帶來致命的損傷。
磁頭及磁頭控制裝置
盤片上存儲的信息是由磁頭寫入的，在一張盤片的正反兩面都會有一個磁頭進行讀寫。磁頭是硬盤中最昂貴、最精密的部分。磁頭裝在磁頭支架上，它們像梳子的齒一般伸進各自負責的盤片間隔中。磁頭支架在特殊的電機驅動下，可以使磁頭在盤片上不同的地方來回移動。盤片在高速旋轉時會帶動盤表面的空氣，空氣作用在磁頭上產生一個浮力使磁頭與盤面保持一個極微小的距離。這樣既可有效進行讀寫，也不會磨損盤面。
硬盤工作原理
盤片上有一圈圈看不見的磁道，有了這些磁條才能夠有序地對信息進行讀寫。一個盤面上可以有成千上萬個磁道，就像是被畫上了很多大大小小的同心圓圈。當我們輸入了要讀（寫）某個信息的命令時，磁頭驅動電機就會移動磁頭在盤片上尋找適當的位置進行工作，這就是整個硬盤的工作原理。
硬盤常用參數你知道多少？
對于用戶在選購硬盤時，就需要知道一些硬盤的基本參數。一般來說，一款主流硬盤的參數不多，不像筆記本那樣什么CPU、顯卡、主板等等參數那么復雜。基本就包括硬盤的轉速、緩存、內外傳輸速率、尋道時間、單碟容量等等。下面筆者就一一為大家介紹一下。
高速旋轉的盤片
轉速：硬盤通常是按每分鐘轉速(RPM，Revolutions Per Minute)計算：該指標代表了硬盤主軸馬達（帶動磁盤）的轉速，比如5400 RPM就代表該硬盤中主軸轉速為每分鐘5400轉。目前主流筆記本硬盤轉速為5400RPM；臺式機硬盤則為7200RPM。但隨著技術的不斷進步，筆記本和臺式機均有萬轉產品問世，但多用用于企業用戶。
單碟容量：單碟容量是硬盤相當重要的參數之一。硬盤是由多個存儲碟片組合而成，而單碟容量就是指一個存儲碟所能存儲的最大數據量。目前在垂直記錄技術的幫助下，單碟容量從之前80GB升級到現在的1TB，發展速度相當快。硬盤單碟容量提高不僅僅可以帶來總容量提升，有利于降低生產成，提高工作穩定性；而且單碟容量越大其內部數據傳輸速率就越快。
三星雙碟1TB本盤尋道時間為17.2毫秒
平均尋道時間：平均尋道時間指硬盤在盤面上移動讀寫磁頭到指定磁道尋找相應目標數據所用的時間，單位為毫秒。當單碟容量增大時，磁頭的尋道動作和移動距離減少，從而使平均尋道時間減少，加快硬盤訪問速度。上圖就是三星1TB筆記本硬盤的測試，顯示尋道時間為17.2毫秒。
硬盤背面PCB詳解
緩存：緩存是硬盤與外部交換數據的臨時場所。硬盤讀/寫數據時，通過緩存一次次地填充與清空，再填充，再清空，就像一個中轉倉庫一樣。目前大多數硬盤緩存已經達到32MB，而目前3TB 7200轉硬盤均為64MB容量。
內部數據傳輸率：內部傳輸率是指硬盤磁頭與緩存之間的數據傳輸率，簡單說就是硬盤將數據從盤片上讀取出來，然后存儲在緩存上的速度。內部傳輸率可以明確表現出硬盤的讀寫速度，它的高低才是評價一個硬盤整體性能的決定性因素。
提高硬盤性能：增加盤片轉速
相信大家對于硬盤已經有了一個很深入的了解。不過很多人還會問，為什么硬盤會是整個系統的瓶頸呢？原因很簡單，只有比較才會有快慢高低，而硬盤的參照物正好是發展迅猛的CPU、顯卡等等配件。由于Intel推出了Tick-Tock計劃，每隔兩年就會更新出一批全新的CPU處理器，所以相比較之下，50年來硬盤的發展則是換湯不換藥，所以大家才會說硬盤嚴重的制約了整個系統的性能。
如今DIY已經到了性能過剩時代，四核CPU、高頻顯卡都已經超過了一般用戶的使用需求，唯獨傳統硬盤一直沒什么發展，主流轉速依然停留在7200RPM。畢竟我們平時應用中大部分的讀寫操作都在硬盤上進行，磁盤性能直接影響到整機的性能，所以會出現“明明CPU、內存都是頂級產品，為什么Windows啟動需要這么久”“為什么有時候拷貝文件的時候機器很卡，什么都干不了”這樣的問題。那么提高硬盤的性能成為眾多硬盤廠商開始著手的工作。
硬盤的水桶效應
談到硬盤性能的提升，其實從三方面可以入手。一方面就是提高硬盤的轉速，這樣有什么好處呢？
一般來說，硬盤讀取數據是將磁頭移動到磁盤上數據所在的區域，然后才能進行讀取工作。磁頭移動的過程又可以分解為兩個步驟，其一是移動磁頭到指定的磁道花費的時間被稱為“尋道時間”；其二就是旋轉盤片到相應扇區，花費的時間被稱為“延遲”。那么也就是說在硬盤上讀取數據之前，做準備工作上需要花的時間主要就是“尋道時間”和“延遲”的總和。
硬盤尋道
提高硬盤的轉速，根據上面的介紹我們就可以很清楚地知道，用處就是可以縮短“潛伏時間”。了解固態硬盤的網友都知道，SSD的最大優勢就是尋道時間短，這樣無論是加載軟件、游戲，開關電腦都非常迅速，所以提升硬盤轉速就可以大大提升系統的性能。
然而提升硬盤轉速對于硬盤本身的發熱量、功耗和制造成本都有很不利的影響，拿目前主流市場的西數600GB迅猛龍來說，其擁有10000轉的速度，尋道時間也僅為7毫秒左右，相比主流硬盤14毫秒要縮短一半，但是其價格卻在上千元，并且容量偏小，這也正是萬轉硬盤沒有在桌面級普及的原因。
因此，筆者認為雖然硬盤廠商已經擁有研發萬轉主流硬盤的實力，但是由于上述的影響，未來兩年仍然會在企業級領域小幅發展，而主流桌面級則不會有太多的新品問世。
提高硬盤性能：升級外部接口
除了硬盤內部在發生變化外，外部配件也再不斷的更新，那就是硬盤接口。最早我們接觸的硬盤接口為PATA并行接口。不過從?2001年8月29日，Intel在IDF上發表了SATA 1.0規范，隨即希捷便推出了首款SATA硬盤產品Seagate Barracuda系列，至此開始了從PATA過渡到SATA接口的時代。
SATA規范將硬盤的外部傳輸速率理論值提高到了150MB/s，比PATA標準ATA/100高出50%，比ATA/133也要高出約13%。隨著后續版本的發展，SATA接口的速率擴展到SATA II(300MB/s)和SATA III(600MB/s）。
主板上的SATA 6Gbps接口
SATA II是在SATA的基礎上發展起來的，還包括NCQ(Native Command Queuing，原生命令隊列)、端口多路器(Port Multiplier)、交錯啟動(Staggered Spin-up)等一系列的技術特征。SATA III則是在SATA II的基礎上進一步將傳輸速度翻倍，達到了6Gb/s。不過雖然硬盤接口不斷推陳出新，但是實質上對于硬盤性能提升有多大幫助呢？我們來看一組測試。
FastCopy拷貝時間對比
從上面那個測試中，我們發現一款支持SATA3.0接口的硬盤分別插在SATA2.0主板接口和SATA3.0接口的成績基本相同，并沒有達到SATA3.0標稱接口的速度。
其實這個原因很簡單，那就是硬盤的內部傳輸速度并沒有變化。比如一款硬盤的內部傳輸速度為90MB/S，而通過150MB/s帶寬的SATA接口時，系統接收到的速度依然是90MB/S，這個跟SATA接口速率沒有任何關系。所以SATA接口雖然升級到6Gpbs，但是內部90MB/S的實際內部傳輸速度永遠無法享受到如此高帶寬的性能。
HD Tach突發速率速度
綜上所述，提升SATA接口速度其實對于內部傳輸速度很慢的硬盤來說沒有任何意義，但是SATA3.0接口的真正主人則是SSD固態硬盤，因為SSD固態硬盤實際內部傳輸速度基本都在300MB/S以上，那么SATA3.0的600MB/S帶寬才可以滿足它的需求。
提高硬盤性能：增加單碟容量
第三種方法就是提升磁盤單碟容量，不過提升單碟容量就需要從垂直記錄技術開始說起。垂直記錄是相對于之前的水平磁盤記錄方式而言，如果每個記錄單元的SN方向為水平于盤片，則稱為水平磁盤記錄方式。傳統的記錄方式每個單元之間是扁平排列，就像按序列平鋪放在桌面的骨牌。
在2006年初，希捷推出了首款應用垂直記錄技術的2.5英寸硬盤——Momentus 5400.3，讓筆記本電腦的用戶首先品嘗到了先進技術帶來的好處。并且該款產品的性能也已經讓不少7200rpm轉速的3.5英寸產品感受到壓力，隨即在硬盤市場傳播開來。
硬盤容量倍增的秘密
隨著垂直記錄技術的不斷成熟，硬盤的單碟容量也是屢創新高。前不久筆記本硬盤終于推出單碟500GB盤片技術，使標準厚度的筆記本硬盤最大容量提升到1TB，也是筆記本硬盤進入TB級時代的先河。而臺式機硬盤市場，也紛紛宣布推出單碟1TB盤片技術，這些發展都應當歸功于垂直記錄技術。
優勢一：采用垂直記錄技術可以大幅提升存儲密度，從而提升硬盤的存儲容量。
優勢二：相同的單元間隔下，垂直記錄硬盤可以存儲更多的數據，因此在相同的硬盤轉速下，采用垂直記錄技術的硬盤可以擁有更快的連續讀取優勢。
優勢三：采用垂直記錄技術能夠增加單張盤片的磁密度，可以令廠商最大限度的降低生產成本。
可以說單碟容量提升除了對于容量增長的貢獻之外，另一個重要意義在于提升硬盤的數據傳輸速度。單碟容量的提高得益于磁道數的增加和磁道內線性磁密度的增加。磁道數的增加對于減少磁頭的尋道時間大有好處，因為磁片的半徑是固定的，磁道數的增加意味著磁道間距離的縮短，而磁頭從一個磁道轉移到另一個磁道所需的就位時間就會縮短。這將有助于隨機數據傳輸速度的提高。下面請看希捷從單碟160GB到單碟600GB的性能測試對比，就會一目了然。
希捷硬盤全家福性能參數對比
見證——希捷全家福性能參數對比
為了見證單碟容量提升可以提高硬盤實際內部傳輸速率，筆者將希捷7200.10代、7200.11代、7200.12代硬盤的數據拼裝到一起，方便用戶了解。我們可以從柱狀圖中清晰看到技術更加先進的硬盤速度會提升多少。
希捷全家福性能參數對比
從上圖發現，最上面的是之前的老版本硬盤，而且性能柱狀圖也是隨著新品的不斷出現而呈階梯狀增長。我們可以看出，從單碟160GB到單碟250GB就有了長足的進步，其讀取速度從70MB/S提升至近90MB/S，而到了單碟600GB的時候就已經超過120MB/S，對比還是非常明顯的。
硬盤廠商通過提升單碟容量的方法使硬盤性能提升的方法還是比較可行的，因為盤片磁道密度每英寸的磁道數的提高，進而提高了盤片的磁道數量，在磁道上的扇區數量也得到了提高。所以盤片轉動一周，就會有更多的扇區經過磁頭而被讀出來，這也是相同轉速的硬盤單碟容量越大內部數據傳輸率就越快的一個重要原因。
另外，如果希捷單碟1TB硬盤上市，讀寫傳輸速度肯定還會有的提升，筆者預計應該可以達到150MB/S左右，所以很多用戶都很期待這款產品問世。
全文總結：
在之前筆者也分析了硬盤想要提升性能的三種方法，但是從實際市場應用來看，前兩者在近幾年肯定不會有太多的發展。然而單碟容量則是廠家一直在苦苦研發的，因為他們目前只能依靠這種方法來提升硬盤的性能，所以機械硬盤從發展角度上看是有局限性的。
這也就給了固態硬盤一個可乘之機。固態硬盤正是抓住了硬盤發展緩慢的辮子，才趾高氣昂的迅速拔起。固態硬盤由于采用Flash存儲技術，所以就不存在尋道時間等問題，并且沒有任何機械部件大大降低了功耗、溫度、噪音等弊端，所以近兩年SSD可謂風生水起。
那么機械硬盤未來的發展方向是什么呢？其實未來一段時間硬盤的主要任務就是提升單碟容量，進一步增加存儲容量，這也是唯一可以和固態硬盤抗衡的條件。而固態硬盤則會先發展小容量產品，如60GB、80GB等等，可以安裝Win7系統盤，使用戶的系統性能更加快捷，這樣就形成了一個SSD做主盤，HDD做存儲盤的格局，短期誰也不會擊敗誰，誰也不會淘汰誰。
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