十三物什之十一：硬盘 追求小型化的变革
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猛犸专栏
温彻斯特，在计算机领域中意味着一种硬盘通用技术，温彻斯特结构是一种直到今天还在应用的框架。而从上世纪70年代末开始，一场关于硬盘小型化的革命就在不断进行中。
枪与硬盘
在美国西部大开发时期，温彻斯特生产的系列杠杆式步枪很受欢迎，直到今天的西部片中，我们也能经常看到M1873的身影——这款枪被称为“赢了西部的枪”。也许是出于怀旧，在施瓦辛格主演的《终结者2》中，前州长骑在摩托上单手射击时所用的就是这样的杠杆式枪，只不过是霰弹枪而非步枪罢了。
1894年，M1894发布。虽然西部的辉煌不再，但是这种老式的、需要拉动扳机护圈下的杠杆来上弹的步枪却比它的前辈们更加出名。它率先使用了.30-30无烟火药子弹——口径0.3英寸，装药量30谷（一种重量单位，30谷约合1.9克），而这种弹药居然如此受欢迎，以至于M1894也被称为30-30。
1973年，IBM的3340硬盘制造成功。这种硬盘有两根轴，每根轴上都安装了容量30MB的盘片。当时领导开发的肯尼斯·霍顿说：“既然是两个30，那么它一定就是温彻斯特。”
于是，温彻斯特就成了这类新型硬盘的代号。这种硬盘和前代相比有了很大改进：它的盘片被密封在一个经过除尘的密闭空间中，磁头不与盘片直接接触，而是在磁盘旋转时悬浮在盘片上方，保持发丝般的间距。这样，盘片可以旋转得更快、不必担心被磁头或者灰尘划伤，存储密度也可以进一步提高。
温彻斯特结构到今天也依然是硬盘的标准结构，地位无可撼动。因为在这一工程领域的突出贡献，霍顿也在1982年被授予了美国工程院院士的殊荣。
存储密度的困扰
当时硬盘盘片的尺寸是14英寸，约合360毫米，大小与今天的微波炉相仿。这样的硬盘依然只能用在那种需要单独房间的大型计算机上，无论是价格还是体积都非一般家庭能够承受。硬盘小型化成为了下一个课题。
1979年，IBM发明了薄膜磁头，让硬盘体积可以变得更小。第二年，希捷公司就开发出了8英寸硬盘，个人计算机上安装硬盘也才成为可能——虽然容量只有区区5MB。在随后的几年间，技术的进步让8英寸硬盘的单位存储成本终于可以低于14英寸硬盘，硬盘小型化的时代来到了。
但是，小硬盘如果要在容量上和大型硬盘竞争，就需要提高存储密度。存储密度和硬盘上的磁化区域有关，也和磁头的灵敏度有关。越灵敏的磁头，就可以帮助制造密度越高的硬盘。虽然在上世纪80年代，5.25英寸硬盘已经诞生，但是存储密度一直是困扰工程师的问题。
上世纪80年代末，IBM开发出了磁阻磁头。磁阻磁头得益于一种特殊的物理现象：金属材料的电阻会随磁场变化而变化。这种现象虽然早在1857年就已经被发现，但是之前从来没有人想到把它用于存储设备上。在使用磁阻磁头的硬盘上，磁头连接着一个灵敏的放大器，可以根据电阻的微小变化来确定当前的磁场方向。这种技术迅速提升了硬盘的存储密度，直到逼近当时的存储极限。
也就在IBM开发磁阻磁头的同一时间，德国的彼得·格林贝格和法国的艾尔伯·费尔分别独立发现了一种有趣的现象：在不同方向的磁场中，一些薄膜材料的电阻会出现很大变化。这两位科学家发现的这种现象，被命名为“巨磁阻效应”（2007年，他们因为这一发现获得了诺贝尔物理学奖）。大约十年后，IBM的工程师斯图尔特·斯蒂芬·帕普沃斯·帕金博士就基于这种现象发明了巨磁阻磁头，当读取数据时，电流持续流经各层膜，根据电阻值的高低就可以判断出当前区域存储的是0还是1。
在那个时代，硬盘已经是3.5英寸的天下了。得益于不断更新的磁头技术，磁盘单片存储容量也在节节攀升，尺寸甚至已经不再算是重要的参数。2.5英寸硬盘广泛用在笔记本电脑和移动硬盘上，1.8英寸硬盘用在了随身音乐播放设备上，1英寸硬盘让随身碟的容量可以达到数十个GB，就连0.85英寸的4GB硬盘也已经面世——它的大小和一元硬币差不多。
这诸多的改变，却只发生于过去短短的50余年间。我们正生活在一个激烈变化的时代，确实如此。
下期预告：作为计算单元和存储单元之间的重要桥梁，每个人都知道内存的重要性，也不止一次地有人抱怨它断电就丢失数据的特性。可惜的是，虽然过了近50年，但这种特性却从来没有消失过。
