硬盘的进化论（上）
硬派学堂
作为电脑最主要的存储介质，硬盘从诞生到现在发展得非常缓慢。外形几乎几十年没有变过，永远是方方正正、呆头呆脑的样子。但就是这个呆头呆脑的玩意儿，负责电脑中所有数据的存储，无论是程序、文档还是音乐、视频，都在它的“脑子”里记得清清楚楚。
初识硬盘
硬盘是通过改变盘片表面的磁性物质的极性来记录数据的，由于磁性物质的极性维持是不需要加电的，因此在断电后硬盘依然能牢牢“记住”数据，而不像内存，一断电就“失忆”。同时，由于采用的记录技术不同，硬盘存储的数据量大，而且存储成本低。
最初的个人电脑的硬盘是5.25英寸的，大小只有5MB，后来由于技术的革新出现了3.5英寸的硬盘。随着技术的发展，由于适用的环境不同，硬盘的体积慢慢出现了变化。目前，台式机采用的大都是3.5英寸的硬盘，而笔记本则大多采用体积较小的2.5英寸笔记本硬盘，还有部分超轻薄笔记本采用的是1.8英寸的笔记本硬盘，小部分消费电子类产品采用的是1英寸／0.85英寸硬盘。
在硬盘的正面都贴有硬盘的标签，标签就像硬盘的身份证，标注硬盘相关的信息，例如产品品牌、型号、产地、接口类型、出厂日期、产品序列号等。如我们举例的这块硬盘（图1），可以从标签上看出来它是中国产的日立硬盘，其容量为640GB，采用SATA 3.0Gbps接口，转速为7200RPM。
目前常见的硬盘品牌有Seagate（希捷）、HITACHI（日立）、WD（Western Digital，西部数据）、SAMSUNG（三星）等。
小贴士：硬盘的大小是如何区分的
2、从左到右依次为1.8英寸硬盘、2.5英寸硬盘、3.5英寸硬盘
人们用硬盘内部盘片的直径来区分不同大小的硬盘（图2）。比如常见的3.5英寸台式机硬盘、2.5英寸或者1.8英寸笔记本硬盘就是以其硬盘盘片直径即3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸来命名的。
结构，从动态到静态
打开硬盘的金属外壳，可以看到几乎所有的硬盘内部都是由盘片、磁头、主轴、磁臂等几个部分组成（图3）。所有的盘片都固定在主轴上，盘片之间是平行的，在每个盘片上都有一个磁头，通过磁头来写入和读取数据。由于数据都是记录在盘片表面的磁性材料上的，存储密度非常高，哪怕是尘埃也会对数据造成毁灭性的破坏，因此通常我们看到的硬盘都是密封起来的，只有一个防护良好的通气孔维持盘内外的气压平衡。
硬盘的结构几乎是几十年没有变过，不过最近几年，由于闪存技术的发展，采用新结构的固态硬盘出现了（图4）。固态硬盘中没有了机械运动的主轴、磁臂等部分，除了控制电路外，存储全部由闪存芯片来完成而不是记录在盘片上。
转速，缓慢地提升
转速是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片每分钟旋转的最大圈数，单位是RPM（每分钟转动的圈数），主要有4200RPM／4500RPM、5400RPM、7200RPM、10000RPM、15000RPM等几种规格。目前主流的硬盘转速为7200转/分（7200RPM）指的就是一分钟盘片转了7200圈。转速的快慢是硬盘性能的重要参数之一，是决定硬盘内部传输率的关键因素，盘片旋转速度越快，磁头可以读写到的区域就越多，数据读写速度就越快。
从初始的低于3000RPM，到4200RPM／4500RPM，到5400RPM，再到7200RPM，硬盘的转速进化得十分缓慢。从1997年希捷发布第一款7200RPM的硬盘，到现在十多年过去了，主流硬盘的转速还停留在7200RPM上。由于过高的转速会带来更大的发热量和噪音，硬盘的转速一直没有提高。不过，为了提高硬盘的稳定性，降低噪音的发热量，硬盘的马达从最初的滚珠轴承马达进化到了液态轴承马达（FDB，Fluid Dynamic Bearing）。
缓存，不断扩容的中转站
缓存是硬盘控制电路上的一块内存芯片（图5），读写速度都很快，它是数据进出硬盘的中转站。由于硬盘处理数据的速度比主机处理数据的速度慢，因此，在读出和写入数据时，缓存对提升硬盘的读写性能起到了至关重要的作用。大容量的缓存能够较大幅度地提高硬盘整体性能。尤其是当硬盘频繁读写小块数据时，将这些零碎数据暂存在缓存中，减少读写硬盘的次数，性能提升非常明显，而且能够显著延长硬盘的寿命。
硬盘发展到今天，缓存也变得越来越大，从几年前的2MB,到8MB、16MB、32MB。目前主流硬盘的缓存容量大多为8MB或16MB，基本上只有640GB以上的高端台式机硬盘才会配备32MB的缓存。
芯片，从裸露到隐藏
最初的硬盘采用的是把芯片裸露在外面的设计，因为硬盘工作时盘片和芯片都会产生大量的热量，让芯片裸露在外面可以让芯片产生的热量尽快散发，保证芯片的稳定。但这种设计比较容易让芯片遭遇静电，造成损坏。于是，现在很多硬盘改为将硬盘的电路板反装（图6），让控制芯片和缓存芯片都隐藏在内部，降低了损坏芯片的可能性。这种设计降低了硬盘电路的散热性能，但让硬盘工作得更安全，而且实际上芯片的制造工艺也在提高，发出的热量基本上不至于让硬盘发生故障，对消费者来说硬盘更安全了。
接口，并行到串行的加速
目前的硬盘主要以PATA接口的（图7）和SATA接口的（图8）为主，其中PATA硬盘的数量越来越少，而SATA硬盘风华正茂，是市场上的绝对主流。
PATA的全称是Parallel ATA，就是并行ATA硬盘接口，PATA硬盘接口有相当长的历史了，从ATA33/66一直发展到ATA100/133，一直到最高的ATA150。不过，随着技术的发展，传输速度的瓶颈逐渐凸显，于是，SATA（Serial ATA）接口登上了历史舞台。Serial ATA接口是Intel公司联合西部数据等巨头制定的接口标准，它以连续串行的方式传送资料，在提供更高的传输率的同时，还可以降低电力消耗，减小发热量。SATA支持最高传输率为 150MB/s，而主流的SATAⅡ支持传输率为 300MB/s。而且SATA接口更方便使用，也不易插错，同时，PATA数据线比SATA的要粗得多（图9），采用SATA硬盘，更有利于机箱里面空气的流动，增强机箱内的散热。
不过，接口速度的提高并没有让硬盘快起来，因为发展到SATA后，硬盘的瓶颈主要是内部传输速度跟不上外部传输速度，这样接口速度再快，硬盘的速度还是停滞不前。
下期，我们将一起来看看硬盘的容量和体积的进化，看看硬盘如何从5.25英寸慢慢变小、如何从最初的5MB发展到现在的2TB。