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筆記本硬盤的發展

時間:2011-6-9來源:www.qvbspc.live 作者: 沈陽電腦維修網點擊:
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 外表纖巧多姿的筆記本電腦是時尚人士手中的新寵,但這些靚麗的背后是那些不為人所了解的數據。而這一切的一切都離不開數據的倉庫——硬盤。  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IBM350RAMAC(RandomAccessMethodofAccountingandControl),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(PersonalComputer)。  1968年,IBM公司又提出了“溫徹斯特/Winchester”(即所謂“溫盤”)技術,這也是現代絕大多數硬盤的原型。“溫徹斯特”指的是使用密封、固定并高速旋轉的鍍磁盤片,磁頭沿盤片徑向移動并且懸浮在高速轉動的盤片上方,而不與盤片直接接觸。5年后,即1973年,IBM制造出了第一臺采用“溫徹期特”技術的硬盤,這和我們目前所使用的硬盤已經極為相似了。  接口技術  硬盤接口一直是人們關心的技術,隨著筆記本電腦其它配件(如CPU、內存、顯示等子系統)性能的大步邁進,硬盤的接口傳輸率越來越體現出它在整個電腦系統的瓶頸效應,硬盤接口越來越受到人們的關注。  IDE與EIDE接口IDE(IntegratedDriveElectronics)實際上是指把控制器與盤體集成在一起的硬盤驅動器,我們常說的IDE接口,也叫ATA(AdvancedTechnologyAttachment)接口,現在PC機使用的硬盤大多數都是IDE兼容的,而筆記本更是如此。把盤體與控制器集成在一起的做法,減少了硬盤接口的電纜數目與長度,數據傳輸的可靠性得到了增強,硬盤制造起來變得相對簡單,廠商不需要再擔心自己生產的硬盤控制器的兼容性,對用戶而言,硬盤安裝起來也更為方便。在這里,我們只介紹ATA-3之后的產品。因為對筆記本用戶而言,討論ATA-3接口之前的技術是沒有任何意義的。  ATA-3(FastATA-2)接口這個版本支持PIO-4,沒有增加更高速度的工作模式(即仍為16.7MB/s),但引入了簡單的密碼保護的安全方案,對電源管理方案進行了修改,引入了S.M.A.R.T(Self-Monitoring,AnalysisandReportingTechnology,自監測、分析和報告技術)。  ATA-4(包含UltraATA、UltraDMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66四種技術標準)接口這個新標準將PIO-4下的最大數據傳輸率提高了一倍,達到33MB/s,或更高的66MB/s。它還在總線占用上引入了新的技術,使用PC的DMA通道減少了CPU的處理負荷。要使用Ultra-ATA,需要一個空閑的PCI擴展槽,其中的UltraATA/66(即UltraDMA/66)是目前主流筆記本硬盤采用的接口類型,其支持最大外部數據傳輸率為66.7MB/s。  SerialATA接口新的SerialATA(即串行ATA),是英特爾公司在今年IDF(IntelDeveloperForum,英特爾開發者論壇)發布的、將于下一代外設產品中采用的接口類型,就如其名所示,它以連續串行的方式傳送資料,在同一時間點內只會有1位數據傳輸,此做法能減小接口的針腳數目,用四個針就完成了所有的工作(第1針發出、2針接收、3針供電、4針地線)。這樣做法能降低電力消耗,減小發熱量。最新的硬盤接口類型ATA-100就是SerialATA是初始規格,它支持的最大外部數據傳輸率達100MB/s,兩款IBM臺式機產品Deskstar75GXP及Deskstar40GV就是第一次采用此ATA-100接口類型的硬盤。而各家也紛紛推出筆記本用產品,如IBM的Travelstar48GH,富士通的MHM2xxxAT系列。  在2001年第二季度,將推出SerialATA1x標準的產品,它能達到150MB/s的數據傳輸率。對于SerialATA接口,一臺電腦同時掛接兩個硬盤就沒有主、從盤之分了,各設備對電腦主機來說,都是Master,這樣我們可省了不少跳線功夫。  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20GB,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。  最早的磁頭是應用鐵磁性物質,它在不論磁頭的感應敏感程度或精密度上都不理想,因此早期的硬盤單碟容量均非常低。單碟低了,硬盤的總容量就受到非常大的限制,因為在一塊硬盤內封裝的盤片數是非常有限的(目前一般的硬盤封裝盤片數為3-5片)。同時早期使用的磁頭在體積上也小,它使得早期的硬盤體積上相對而言比較龐大,這給用戶的使用帶來了非常明顯的不便。   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-ResistiveHead),磁阻磁頭技術。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(PartialResponseMaximumLikelihood)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3.5英寸和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。現在用戶使用的高達幾十GB的容量,都是從那時的MR磁頭技術開始的。而后GMR(GaintMagnetoResistive,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。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,現有的MR磁頭能夠達到的盤片密度為每平方英寸3Gb-5Gb(千兆位每平方英寸),而GMR磁頭每平方英寸可以達到10Gb-40Gb以上。目前GMR磁頭已經處于成熟推廣期,在今后的數年中,它將會逐步取代MR磁頭,成為最流行的磁頭技術。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,目前最新的磁頭技術為第四代GMR磁頭技術。  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——FluidDynamicBearing(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5400rpm,而主流的轉速為4200rpm。目前主軸轉速較快的硬盤即希捷公司推出的CheetahX15(捷豹X15系列),它的主軸電機轉速高達15,000rpm。目前主流的IDE硬盤轉速為7200rpm,而主流的SCSI硬盤轉速則為10,000rpm。可見,筆記本硬盤受其先天的影響速度不可能太快。電機技術發展了,直接帶動的就是硬盤主軸轉速的提高,而轉速就決定著硬盤的尋道時間。當然,在提高硬盤主軸轉速的同時,需要考慮的是硬盤的發熱量及振動問題,還有就是硬盤的工作噪聲問題。所以電機技術直接決定著硬盤的快慢、工作溫度及工作噪聲等。  其他技術  此外硬盤的數據緩存也隨著硬盤的不斷發展而不斷增大,早期硬盤的數據緩存只有128KB甚至更小,而那時2MB的數據只能在高端的SCSI硬盤上看到。在接口技術已經發展到一個相對成熟的階段時,緩存的大小與速度是直接關系到硬盤的傳輸速度的重要因素。緩存是硬盤與外部總線交換數據的場所。硬盤的讀數據的過程是將磁信號轉化為電信號后,通過緩存一次次地填充與清空,再填充,再清空,一步步按照PCI總線的周期送出,可見,緩存的作用是相當重要的。目前主流硬盤的緩存主要有512KB和2MB等幾種。其類型一般是EDODRAM或SDRAM,目前一般以SDRAM為主。  根據寫入方式的不同,有寫通式和回寫式兩種。寫通式在讀硬盤數據時,系統先檢查請求指令,看看所要的數據是否在緩存中,如果在的話,就由緩存送出響應的數據,這個過程稱為命中。這樣系統就不必訪問硬盤中的數據,由于SDRAM的速度比磁介質快很多,因此也就加快了數據傳輸的速度。回寫式就是在寫入硬盤數據時也在緩存中找,如果找到,就由緩存中數據寫入盤中,現在的多數硬盤都是采用的回寫式硬盤,這樣就大大提高了性能。  對于硬盤的歷史發展來說,除了上面介紹的四點外,其它還有各種硬盤的附加技術,如硬盤數據保護技術及防震技術,它們也隨著硬盤的發展而不斷更新。一般而言,不同硬盤廠商都有自己的一套硬盤保護技術,如昆騰的數據保護系統DPS、震動保護系統SPS;邁拓的數據保護系統MaxSafe、震動保護系統ShockBlock;西部數據公司的數據保護系統DataSafeGuide(數據衛士)等等。這些保護技術都是在原有技術的基礎上推出第二代、第三代等技術。  事物總有一個發展方向,在筆記本硬盤身上,這個方向就是外形更小、質量更輕、容量更大。科學的發展總會帶給人們一些驚奇,如IBM的MicroDrive,東芝的1.8英寸PC卡硬盤等。這些產品正是未來方向的體現。  材料技術  一般而言,早期硬盤的盤片都是使用塑料材料作為盤片基質,然后再在塑料基質上涂上磁性材料就可構成硬盤的盤片。  采用鋁材料作為硬盤盤片基質隨后推出,目前市場上的IDE硬盤幾乎都是使用鋁硬盤盤片基質。而采用玻璃材料作為盤片基質則是最新的硬盤盤片技術,玻璃材料能使硬盤具有平滑性及更高的堅固性,此外玻璃材料在硬盤高轉速時具有更高的穩定性。IBM公司是采用玻璃材料作為硬盤盤片基質的先鋒,富士通筆記本硬盤也有相應的玻璃材料產品。    
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