硬盤簡介

     隨著計算機的普及，硬盤成為最重要的數據存儲工具。我們重要的數據：照片、文檔、視頻等等，幾乎都存儲在硬盤中，一句話，我們的生活已經須臾離不開硬盤了。

硬盤是電腦主要的存儲媒介之一，由一個或者多個鋁制或者玻璃制的碟片組成。碟片外覆蓋有鐵磁性材料。
硬盤有固態硬盤（SSD 盤，新式硬盤）、機械硬盤（HDD 傳統硬盤）、混合硬盤（HHD 一塊基于傳統機械硬盤誕生出來的新硬盤）。SSD采用閃存顆粒來存儲，HDD采用磁性碟片來存儲，混合硬盤(HHD: Hybrid Hard Disk)是把磁性硬盤和閃存集成到一起的一種硬盤。絕大多數硬盤都是固定硬盤，被永久性地密封固定在硬盤驅動器中。
磁頭復位節能技術：通過在閑時對磁頭的復位來節能。
多磁頭技術：通過在同一碟片上增加多個磁頭同時的讀或寫來為硬盤提速，或同時在多碟片同時利用磁頭來讀或寫來為磁盤提速，多用于服務器和數據庫中心。

機械型硬盤發展史

1．1956年，IBM的IBM 350RAMAC是現代硬盤的雛形，它相當于兩個冰箱的體積，不過其儲存容量只有5MB。1973年IBM 3340問世，它擁有“溫徹斯特”這個綽號，來源于他兩個30MB的儲存單元，恰是當時出名的“溫徹斯特來福槍”的口徑和填彈量。至此，硬盤的基本架構就被確立。2．1980年，兩位前IBM員工創立的公司開發出5.25英寸規格的5MB硬盤，這是首款面向臺式機的產品，而該公司正是希捷（Seagate）公司。
3． 80年代末，IBM公司推出MR（Magneto Resistive磁阻）技術令磁頭靈敏度大大提升，使盤片的儲存密度較之前的20Mbpsi（bit/每平方英寸）提高了數十倍，該技術為硬盤容量的巨大提升奠定了基礎。1991年，IBM應用該技術推出了首款3.5英寸的1GB硬盤。
4．1970年到1991年，硬盤盤片的儲存密度以每年25%~30%的速度增長；從1991年開始增長到60%~80%；至今，速度提升到100%甚至是200%，從1997年開始的驚人速度提升得益于IBM的GMR（Giant Magneto Resistive，巨磁阻）技術，它使磁頭靈敏度進一步提升，進而提高了儲存密度。
5．1995年，為了配合Intel的LX芯片組，昆騰（Quantum）與Intel攜手發布UDMA 33接口——EIDE標準將原來接口數據傳輸率從16.6MB/s提升到了33MB/s 同年，希捷開發出液態軸承（FDB，Fluid Dynamic Bearing）馬達。所謂的FDB就是指將陀螺儀上的技術引進到硬盤生產中，用厚度相當于頭發絲直徑十分之一的油膜取代金屬軸承，減輕了硬盤噪音與發熱量。
6．1996年，希捷收購康諾（Conner Peripherals）。
7．1998年2月，UDMA66規格上市。
8．1999年，容量高達10GB的ATA硬盤上市。
9．2000年2月23日，希捷發布了轉速高達15，000RPM的Cheetah X15系列硬盤。
2000年3月16號，硬盤領域又有新突破，第一款"玻璃硬盤"問世。
10月，邁拓（Maxtor）收購昆騰硬盤業務。
10．2001年：新的磁頭技術，此時的全部硬盤幾乎均采用GMR，該技術最新的為第四代GMR磁頭技術。
11．2003年1月，日立宣布完成20.5億美元的收購IBM硬盤事業部計劃，并成立日立環球儲存科技公司（Hitachi Global Storage Technologies,Hitachi GST）。
12．2005年日立環儲和希捷都宣布了將開始大量采用磁盤垂直寫入技術（perpendicular recording），該原理是將平行于盤片的磁場方向改變為垂直（90度），更充分地利用的儲存空間。
13．2005年12月21日,硬盤制造商希捷宣布收購邁拓（Maxtor）。
14．2007年1月，日立環球儲存科技宣布將會發售全球首只1Terabyte的硬盤，比原先的預定時間遲了一年多。硬盤的售價為399美元，平均每美元可以購得2.75GB硬盤空間。
15．2007年11月，Maxtor硬盤出廠的預先格式化的硬盤。被發現已植入會盜取在線游戲的帳號與密碼的木馬。
16．2010年12月，日立環球存儲科技公司日前同時宣布，將向全球OEM廠商和部分分銷合作伙伴推出3T
B、2TB和1.5TB Deskstar 7K3000硬盤系列。
17．2011年3月8日凌晨，WD西部數據公司宣布，將以現金加股票的形式，出資43億美元收購日立全資子公司，同為世界級硬盤大廠的日立環球存儲技術公司（HGST）。

基本參數

容量

作為計算機系統的數據存儲器，容量是硬盤最主要的參數。
硬盤的容量以兆字節（MB/MiB）、千兆字節（GB/GiB）或百萬兆字節（TB/TiB)為單位，而常見的換算式為：1TB=1024GB,1GB=1024MB而1MB=1024KB。但硬盤廠商通常使用的是GB，也就是1G=1000MB，而Windows系統，就依舊以“GB”字樣來表示“GiB”單位（1024換算的），因此我們在BIOS中或在格式化硬盤時看到的容量會比廠家的標稱值要小。
硬盤的容量指標還包括硬盤的單碟容量。所謂單碟容量是指硬盤單片盤片的容量，單碟容量越大，單位成本越低，平均訪問時間也越短。
一般情況下硬盤容量越大，單位字節的價格就越便宜，但是超出主流容量的硬盤略微例外。
在我們買硬盤的時候說是500G的，但實際容量都比500G要小的。因為廠家是按1MB=1000KB來換算的，所以我們買新硬盤，比買時候實際用量要小點的。

轉速

轉速（Rotational Speed 或Spindle speed），是硬盤內電機主軸的旋轉速度，也就是硬盤盤片在一分鐘內所能完成的最大轉數。轉速的快慢是標示硬盤檔次的重要參數之一，它是決定硬盤內部傳輸率的關鍵因素之一，在很大程度上直接影響到硬盤的速度。硬盤的轉速越快，硬盤尋找文件的速度也就越快，相對的硬盤的傳輸速度也就得到了提高。硬盤轉速以每分鐘多少轉來表示，單位表示為RPM，RPM是Revolutions Per minute的縮寫，是轉/每分鐘。RPM值越大，內部傳輸率就越快，訪問時間就越短，硬盤的整體性能也就越好。
硬盤的主軸馬達帶動盤片高速旋轉，產生浮力使磁頭飄浮在盤片上方。要將所要存取資料的扇區帶到磁頭下方，轉速越快，則等待時間也就越短。因此轉速在很大程度上決定了硬盤的速度。
家用的普通硬盤的轉速一般有5400rpm、7200rpm幾種高轉速硬盤也是臺式機用戶的首選；而對于筆記本用戶則是4200rpm、5400rpm為主，雖然已經有公司發布了10000rpm的筆記本硬盤，但在市場中還較為少見；服務器用戶對硬盤性能要求最高，服務器中使用的SCSI硬盤轉速基本都采用10000rpm，甚至還有15000rpm的，性能要超出家用產品很多。較高的轉速可縮短硬盤的平均尋道時間和實際讀寫時間，但隨著硬盤轉速的不斷提高也帶來了溫度升高、電機主軸磨損加大、工作噪音增大等負面影響。

平均訪問時間

平均訪問時間（Average Access Time）是指磁頭從起始位置到到達目標磁道位置，并且從目標磁道上找到要讀寫的數據扇區所需的時間。
平均訪問時間體現了硬盤的讀寫速度，它包括了硬盤的尋道時間和等待時間，即：平均訪問時間=平均尋道時間+平均等待時間。
硬盤的平均尋道時間（Average Seek Time）是指硬盤的磁頭移動到盤面指定磁道所需的時間。這個時間當然越小越好，硬盤的平均尋道時間通常在8ms到12ms之間，而SCSI硬盤則應小于或等于8ms。
硬盤的等待時間，又叫潛伏期（Latency），是指磁頭已處于要訪問的磁道，等待所要訪問的扇區旋轉至磁頭下方的時間。平均等待時間為盤片旋轉一周所需的時間的一半，一般應在4ms以下。

傳輸速率

傳輸速率（Data Transfer Rate)硬盤的數據傳輸率是指硬盤讀寫數據的速度，單位為兆字節每秒（MB/s）。硬盤數據傳輸率又包括了內部數據傳輸率和外部數據傳輸率。
內部傳輸率（Internal Transfer Rate) 也稱為持續傳輸率（Sustained Transfer Rate），它反映了硬盤緩沖區未用時的性能。內部傳輸率主要依賴于硬盤的旋轉速度。
外部傳輸率（External Transfer Rate）也稱為突發數據傳輸率（Burst Data Transfer Rate）或接口傳輸率，它標稱的是系統總線與硬盤緩沖區之間的數據傳輸率，外部數據傳輸率與硬盤接口類型和硬盤緩存的大小有關。
Fast ATA接口硬盤的最大外部傳輸率為16.6MB/s，而Ultra ATA接口的硬盤則達到33.3MB/s。2012年12月，兩80后研制出傳輸速度每秒1.5GB的固態硬盤。

緩存

緩存（Cache memory）是硬盤控制器上的一塊內存芯片，具有極快的存取速度，它是硬盤內部存儲和外界接口之間的緩沖器。由于硬盤的內部數據傳輸速度和外界介面傳輸速度不同，緩存在其中起到一個緩沖的作用。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，能夠大幅度地提高硬盤整體性能。當硬盤存取零碎數據時需要不斷地在硬盤與內存之間交換數據，有大緩存，則可以將那些零碎數據暫存在緩存中，減小外系統的負荷，也提高了數據的傳輸速度。

硬盤制造廠商：

希捷（Seagate）
希捷公司成立于1980年，現為全球第1大的硬盤、磁盤和讀寫磁頭制造商，希捷在設計、制造和銷售硬盤領域居全球領先地位，提供用于企業、臺式電腦、移動設備和消費電子的產品。、
2005年并購邁拓（Maxtor）
2011年4月-2011年12月 收購三星（Samsung）旗下的硬盤業務后成為最大的硬盤廠商。
西部數據（Western Digital）
西部數據是全球知名的硬盤廠商，現為全球第2大硬盤制造商，成立于1979年，總部位于美國加州，在世界各地設有分公司或辦事處，為全球五大洲用戶提供存儲器產品，2011年3月收購日立。
日立（HITACHI）
HITACHI日立集團是全球最大的綜合跨國集團之一，臺式電腦硬盤，筆記本硬盤都有生產。于2002年并購IBM硬盤生產事業部門。于2011年3月被西部數據收購。
東芝（TOSHIBA）
日本最大的半導體制造商，亦是第二大綜合電機制造商，隸屬于三井集團旗下。　主要生產移動存儲產品。
三星（Samsung）
韓國最大的企業集團三星集團的簡稱。生產的硬盤提供用于臺式電腦、移動設備和消費電子的產品。2011年4月19日，希捷正式宣布以13.75億美元（現金加股票的方式）收購三星硬盤業務。2011年12月20日，希捷宣布已完成對三星電子有限公司旗下硬盤業務的收購交易。

硬盤尺寸：

尺寸分類3.5英寸臺式機硬盤；風頭正勁，廣泛用于各種臺式計算機。

2.5英寸筆記本硬盤；廣泛用于筆記本電腦，桌面一體機，移動硬盤及便攜式硬盤播放器。
1.8英寸微型硬盤；廣泛用于超薄筆記本電腦，移動硬盤及蘋果播放器。
1.3英寸微型硬盤；產品單一，三星獨有技術，僅用于三星的移動硬盤。
1.0英寸微型硬盤；最早由IBM公司開發，MicroDrive微硬盤（簡稱MD）。因符合CFⅡ標準，所以廣泛用于單反數碼相機。
0.85英寸微型硬盤；產品單一，日立獨有技術，已知用于日立的一款硬盤手機，前Rio公司的幾款MP3播放器也采用了這種硬盤。

接口種類

ATA

ATA 全稱 Advanced Technology Attachment，是用傳統的40-pin 并口數據線連接主板與硬盤的，外部接口速度最大為133MB/s，因為并口線的抗干擾性太差，且排線占空間，不利計算機散熱，將逐漸被SATA 所取代。
IDE
全稱 Integrated Drive Electronics，即“電子集成驅動器”，俗稱PATA并口。
RAID的優點
1. 傳輸速率高。在部分RAID模式中，可以讓很多磁盤驅動器同時傳輸數據，而這些磁盤驅動器在邏輯上又是一個磁盤驅動器，所以使用RAID可以達到單個的磁盤驅動器幾倍的速率。因為CPU的速度增長很快，而磁盤驅動器的數據傳輸速率無法大幅提高，所以需要有一種方案解決二者之間的矛盾。 2. 更高的安全性。相較于普通磁盤驅動器很多RAID模式都提供了多種數據修復功能，當RAID中的某一磁盤驅動器出現嚴重故障無法使用時，可以通過RAID中的其他磁盤驅動器來恢復此驅動器中的數據，而普通磁盤驅動器無法實現，這是使用RAID的第二個原因
SATA
2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、邁拓這幾大廠商組成的Serial ATA委員會正式確立了Serial ATA 1.0規范，2002年，雖然串行ATA的相關設備還未正式上市，但Serial ATA委員會已搶先確立了Serial ATA 2.0規范。Serial ATA采用串行連接方式，串行ATA總線使用嵌入式時鐘信號，具備了更強的糾錯能力，與以往相比其最大的區別在于能對傳輸指令（不僅僅是數據）進行檢查如果發現錯誤會自動矯正。
SATA Ⅱ
SATA Ⅱ是芯片巨頭Intel英特爾與硬盤巨頭Seagate希捷在SATA的基礎上發展起來的，其主要特征是外部傳輸率從SATA的150MB/s進一步提高到了300MB/s，此外還包括NCQ(Native Command Queuing，原生命令隊列）、端口多路器(Port Multiplier）、交錯啟動（Staggered Spin-up）等一系列的技術特征。但是并非所有的SATA硬盤都可以使用NCQ技術，除了硬盤本身要支持NCQ之外，也要求主板芯片組的SATA控制器支持NCQ。
SATA Ⅲ
正式名稱為“SATARevision3.0”，是串行ATA國際組織（SATA-IO）在2009年5月份發布的新版規范，主要是傳輸速度翻番達到6Gbps，同時向下兼容舊版規范“SATARevision2.6”（也就是現在俗稱的SATA3Gbps），接口、數據線都沒有變動。SATA3.0接口技術標準是2007上半年英特爾公司提出的，由英特爾公司的存儲產品架構設計部技術總監Knut Grimsrud負責。Knut Grimsrud表示，SATA3.0的傳輸速率將達到6Gbps，將在SATA2.0的基礎上增加1倍。
SCSI
SCSI的英文全稱為“Small Computer System Interface”（小型計算機系統接口），是同IDE（ATA）完全不同的接口，IDE接口是普通PC的標準接口，而SCSI并不是專門為硬盤設計的接口，是一種廣泛應用于小型機上的高速數據傳輸技術。SCSI接口具有應用范圍廣、多任務、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔等優點，但較高的價格使得它很難如IDE硬盤般普及，因此SCSI硬盤主要應用于中、高端服務器和高檔工作站中。
光纖通道
光纖通道的英文拼寫是Fibre Channel，和SCSI接口一樣光纖通道最初也不是為硬盤設計開發的接口技術，是專門為網絡系統設計的，但隨著存儲系統對速度的需求，才逐漸應用到硬盤系統中。光纖通道硬盤是為提高多硬盤存儲系統的速度和靈活性才開發的，它的出現大大提高了多硬盤系統的通信速度。光纖通道的主要特性有：熱插拔性、高速帶寬、遠程連接、連接設備數量大等。
光纖通道是為在像服務器這樣的多硬盤系統環境而設計的，能滿足高端工作站、服務器、海量存儲子網絡、外設間通過集線器、交換機和點對點連接進行雙向、串行數據通訊等系統對高數據傳輸率的要求。
RAID的分類
RAID 0，無冗余無校驗的磁盤陣列。數據同時分布在各個磁盤上，沒有容錯能力，讀寫速度在RAID中最快，但因為任何一個磁盤損壞都會使整個RAID系統失效，所以安全系數反倒比單個的磁盤還要低。一般用在對數據安全要求不高，但對速度要求很高的場合，如：大型游戲、圖形圖像編輯等。此種RAID模式至少需要2個磁盤，而更多的磁盤則能提供更高效的數據傳輸。
SAS
SAS(Serial Attached SCSI）即串行連接SCSI，是新一代的SCSI技術，和現在流行的Serial ATA(SATA)硬盤相同，都是采用串行技術以獲得更高的傳輸速度。并通過縮短連結線改善內部空間等。SAS是并行SCSI接口之后開發出的全新接口。此接口的設計是為了改善存儲系統的效能、可用性和擴充性，并且提供與SATA硬盤的兼容性。

     硬盤是什么？硬盤，是計算機中，存儲數據的一個硬件設備。如果您使用的是臺式機，打開機箱后， 您會發現硬盤是這個樣子的：

圖2：硬盤正面

     可以看到，硬盤就是一個長方形的鐵盒子，貼有標簽，標簽上標明硬盤的容量、速度、接口類型、品牌、型號等信息。

     容量：硬盤所能存儲數據的大小，容量越大，硬盤所能存儲的數據越多。就在幾年以前，一般的硬盤都還是只能存儲幾百MB的數據，而現在，主流的硬盤容量是1TB或2TB。

     速度：硬盤讀取與保存數據的速度，一般以硬盤盤片的轉速來表示，現在主流硬盤的速度一般是7200轉/每分鐘。

     接口：以前的硬盤，一般都是IDE接口的，現在的硬盤，一般是SATA接口的，關于硬盤接口，下一篇教程會有更多的介紹。

     品牌：事實上，硬盤有兩個大的品牌廠商，一個是希捷（Seagate），一個西數（Western Digital）。由于硬盤是保存數據的重要設備，筆者強烈建議讀者選購硬盤時，從這兩個品牌中選擇，并確保買到真品。

     我們把硬盤翻轉過來，看看硬盤的另一面是什么樣子的。

圖3：硬盤反面

     硬盤的反面，通常有一塊集成電路板，稱之為硬盤固件。硬盤固件有兩個作用，一是里面有控制硬盤讀寫的芯片與電路；二是提供與計算機其他部分連接的接口。

     您可能已經知道，計算機中的數據，都保存在硬盤這個硬件設備中。您可能會好奇，硬盤是如何實現數據的保存呢？在筆者寫這篇文章時，傳統硬盤仍然是市場的主 流，傳統硬盤是依靠磁記錄來保存數據的；另外，固態硬盤是使用電子存儲芯片（閃存）來保存數據的。從發展趨勢看，使用閃存存儲數據的固態硬盤，今后會越來 越普及。

     如果您用螺絲刀或一些專用工具，打開傳統的磁記錄硬盤，可以看到傳統硬盤的內部結構：

圖4：硬盤內部結構

     可以看到，硬盤中實際記錄數據的介質，是一個圓形的盤片，盤片上面的是讀寫數據的磁頭，把盤片拆下來會發現，盤片很漂亮呢，可以用來做工藝品。盤片可以轉 動，磁頭可以左右擺動，這樣硬盤就可以調整磁頭與盤片接觸的位置，而磁頭可以對盤片上與磁頭接觸位置的數據進行讀取或寫入操作。這就是傳統硬盤的工作原 理。

     硬盤是一個精密的物理設備，使用時要小心，不能摔碰，否則會非常容易損壞盤片、磁頭或固件。因為實際存儲數據的盤片是圓形的，所以使用硬盤時，有磁道、柱面、扇區等概念，不過作為普通的用戶，您不必了解這些概念。

     固態硬盤使用電子存儲芯片（閃存）來存儲數據，內部結構與傳統的磁記錄硬盤完全不同。打開固態硬盤，沒有盤片與磁頭等物理設備，只有一個一個閃存芯片，如下圖所示：

圖5：固態硬盤內部結構

     由于固態硬盤是在傳統硬盤出現之后才有的，為了軟件的兼容性，固態硬盤也有磁道、柱面、扇區等概念，但這完全是為了軟件兼容性而設置的虛擬的邏輯概念。依 靠閃存芯片存儲數據的固態硬盤，當然沒有實際的磁道、柱面、扇區等。對普通用戶而言，在使用硬盤時，固態硬盤與傳統硬盤沒有區別。

     關于硬盤的概況，本文就先介紹這么多。