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硬盘的存储原理和内部架构.doc

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硬盘的存储原理和内部架构 2012-11-19 21:47:21分类: 服务器与存储本来想写个文件系统的专题,结果发现对硬盘的内部架构和存储原理还是比较模糊,因为不了解“一点”硬盘的存储原理对文件系统的认识老是感觉镜花水月,不踏实。经过搜集整理资料就由了本文的问世。借用 Bean_lee 兄一句话:成果和荣耀归于前辈。首先,让我们看一下硬盘的发展史: 1956 年 9 月 13 日,IBM 的 IBM 350 RAMAC(Random Access Method of Accounting and Control)是现代硬盘的雏形,整个硬盘需要 50个直径为 24 英寸表面涂有磁浆的盘片,它相当于两个冰箱的体积,不过其存储容量只有 5MB。 1971 年,IBM 开始采用一种名叫 Merlin 的技术生产硬盘,这种技术据称能使硬盘头更好地在盘片上索引。 1973 年,IBM 3340 问世,主流采用采用红色。这个大家伙每平方英寸存储 1.7MB 的数据,在当时已经创了一个纪录。许多公司共享这些系统,需要时按照时间和存储空间租用它。租赁价值为 7.81 美元每兆,这个价格比当时汽油的价格还贵 38%。它拥有“温彻斯特” 这个绰号,也就是我们现在所熟知的“温氏架构”。来源于它两个 30MB 的存储单元,恰好是当时出名的“温彻斯特来福枪”的口径和填弹量。至此,硬盘的基本架构被确立。 1979 年,IBM 发明了 Thin Film 磁头,使硬盘的数据定位更加准确,因此使得硬盘的密度大幅提升。 1980 年,两位前 IBM 员工创立的公司开发出5.25 英寸规格的 5MB 硬盘,这是首款面向台式机的产品,而该公司正是希捷公司(Seagate)公司。 1982 年,日立发布了全球首款容量超过 1GB 的硬盘。这就是容量为 1.2GB 的 H-8598 硬盘。这块硬盘拥有 10 片 14 英寸盘片,两个读写磁头。 1980 年代末,IBM 推出 MR(Magneto Resistive 磁阻)技术令磁头灵敏度大大提升,使盘片的存储密度较之前的 20Mbpsi(bit/每平方英寸)提高了数十倍,该技术为硬盘容量的巨大提升奠定了基础。1991 年,IBM 应用该技术推出了首款 3.5 英寸的 1GB 硬盘。 1970 年到 1991 年,硬盘碟片的存储密度以每年 25%~30%的速度增长;从 1991 年开始增长到60%~80%;至今,速度提升到 100%甚至是200%。从 1997 年开始的惊人速度提升得益于 IBM的 GMR(Giant Magneto Resistive,巨磁阻)技术,它使磁头灵敏度进一步提升,进而提高了存储密度。 1993 年,康诺(Conner Peripherals)推出了CP30344 硬盘容量是 340MB。 1995 年,为了配合 Intel 的 LX 芯片组,昆腾与Intel 携手发布 UDMA 33 接口—EIDE 标准将原来接口数据传输率从 16.6MB/s 提升到了 33MB/s。同年,希捷开发出液态轴承(FDB,Fluid Dynamic Bearing)马达。所谓的 FDB 就是指将陀螺仪上的技术引进到硬盘生产中,用厚度相当于头发直径十分之一的油膜取代金属轴承,减轻了硬盘噪音与发热量。 1996 年,希捷收购康诺(Conner Peripherals) 1998 年 2 月,UDMA 66 规格面世。 2000 年 10 月,迈拓(Maxtor)收购昆腾。 2003 年 1 月,日立宣布完成 20.5 亿美元的收购IBM 硬盘事业部计划,并成立日立环球存储科技公司(Hitachi Global StorageTechnologies, Hitachi GST)。 2005 年日立环储和希捷都宣布了将开始大量采用磁盘垂直写入技术(perpendicular recording),该原理是将平行于盘片的磁场方向改变为垂直(90度),更充分地利用的存储空间。 2005 年 12 月 21 日,希捷宣布收购迈拓(Maxtor)。 2007 年 1 月,日立环球存储科技宣布将会发售全球首只 1Terabyte 的硬盘,比原先的预定时间迟了一年多。硬盘的售价为 399 美元,平均每美分可以购得 27.5MB 硬盘空间。 2011 年 3 月,西部数据以 43 亿美元的价格,收购日立环球存储科技。 2011 年 4 月,希捷宣布与三星强化策略伙伴关系。从硬盘问世至今已经过了 56 个年头,不管是容量、体积还是生产工艺都较之前有了重大革新和改进,但一直都保持了“温氏”的架构(固态硬盘除外,它不是我们今天的主角)。经过封装后的硬盘,对我们一般呈现出如下的样子:背面:打开后盖:硬
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