硬磁盘技术的发展过程及现状

Author: 何宗琦 Date: 1995-06-30

        .早期的固定头式磁盘机
        .活动头、固定盘式磁盘机
        .活动头、可换盘式磁盘机
        .温氏(Winchester)磁盘机(活动头、固定盘)
        1956年IBM公司推出的第一代硬磁盘机直径为24英寸共50张盘片,由于磁道密度低,因而其容量仅为4.4MB。随后推出了活动头、固定盘式硬盘机,但其总存储容量仍十分有限。1962年活动头,可换盘式磁盘机问世。它克服了前两类磁盘机的缺点,可以进行脱机数据存储,从而提供了在兼容系统之间互换的可能性,给软件的开发、移植和应用带来了方便,因此在温氏技术出现前,一度得到了广泛地应用。这类磁盘机有一片或一组可更换的盘片,其直径一般为14英寸,盘片容量一般为10_100MB。IBM在70年代初期提出了一种新的Winchester《温彻斯特)技术,并于1973年首次应用于IBM_3340型硬盘机中,从此温氏硬盘成为硬磁盘技术的主流。温氏硬盘机的主要特点是两点:其一是采用了全封闭方式,即把盘片和读写头以及定位机构都集成到一个密封的舱内。其二是采用了接触式起停。以往的硬磁盘机的磁头都采用了“全悬浮”式,在磁头不工作时,磁头将退出盘面;而在工作时,待盘片达到额定转速后,磁头才进到盘面,并定位到“00”磁道,速度较低。而温氏硬盘不同,系统不工作时,磁头不退出盘面,停留在磁盘表面的“起停区”上。而在工作时,由于盘片的高速旋转,根据空气动力学原理,磁头可起飞并悬浮在盘片表面0.1um(微米)以上,因此磁头在读写盘片的“数据区”时与盘片表面是不接触的,从而保证了磁盘有很长的使用寿命。“起停区”在盘片的最内圈(即最高数据磁道之外),即使被磁头擦伤也不会影响硬盘的使用。温氏硬盘是磁盘技术的重大进步,它极大地提高了硬盘存储器的存储密度、容量、可靠性,降低了对使用环境的要求。在微机系统中几乎是毫无例外地采用温氏硬盘作为外部存储设备。
        当今硬盘盘技术的主要发展方向是:大容量、高密度、小型化、高速度、低成本和高可靠性。
        在硬盘机的小型化方面,近年来有了很大的进展,其盘径日趋减小。130mm(5.25英寸)硬盘已逐渐淘汰,90mm(3.5英寸)硬盘占据了台式机主要市场。在便携式微机中还广泛地采用了64mm(2.5英寸)硬盘。此外,随着PCMCIA卡的使用,46mm(1.8英寸)和33mm(1.3英寸)的袖珍型硬盘也步入市场,25mm(1英寸)的硬盘也将问世,以满足各种便携式计算机的需要。
        在提高存储密度方面,过去的几十年内呈指数递增,从50年代的2KB/平方英寸到现在已经超过100MB/平方英寸。1991年IBM又推出了磁阻(Magneto-Resistive)磁头技术,从而使磁表面存储密度达到1GB/平方英寸以上。目前Hitachi研究的磁阻磁头驱动器存储密度已达到2.3GB/平方英寸。
        存储密度的提高大大增加了硬盘的存储容量。此外,为了进一步增大容量,还采取了另外二种新的技术。一是恒定密度记录技术。在常规技术中,外磁道和内磁道的扇区数相同,而最外磁道的园周长比最内磁道长70%左右,但记录的字节数是相同的,因此外磁道的位密度较内磁道低,使盘表面损失30_40%的有效记录面积。恒定密度记录技术使内外磁道的位密度保持恒定,从而提高了存储容量。
        另一种技术是缩小盘片叠合间距技术,其目的是提高盘片的安装密度,以增加盘片数来提高容量。采用常规技术,由10片盘片组成的标准3.5英寸硬盘机的叠合高度为1.625英寸,而采用新技术的1.625英寸硬盘可达12片盘片。
        这些新技术使硬盘机的容量日益增大,5.25英寸全高硬盘的容量已达9GB;3.5英寸半高硬盘容量已达4.3GB;2.5英寸硬盘的容量也突破1GB;IBM已宣布在今年下半年将推出10.8GB的3.5英寸硬盘。
        在价格方面,以每兆字节容量价格为单位进行计算。从1977年至1986年期间平均每年下降23个百分点。近年来其价格进一步降低,以最终用户3.5英寸170MB硬盘的价格为例,从1992年到1993年一年之中下降了51个百分点。新技术将进一步降低成本,继续支持价格的下降趋势。
        (何宗琦)