濒临淘汰 从单碟容量看硬盘发展方向

产品：Barracuda 1TB 7200转 32MB SATA2 （ST31000528AS） 希捷 硬盘

硬盘的鼻祖——IBM研发的RAMAC

　　80后的网友们，你们是否还记得初中上电脑课使用过的台式机电脑，相比现在的台式机而言简直是小巫见大巫。而最大的变化就是当时386电脑并没有配备硬盘，我们所使用的数据来源就是那一张张软盘，当时上课玩游戏比如仙剑、红警都需要数张软盘才能正常运行，而如今电脑动辄1TB容量的硬盘可以说发展是非常快速的。

80后再初中使用过的电脑

　　谈到硬盘的源头，就是由IBM公司研制开发的世界上第一个硬盘——RAMAC(RandomAccessMethodofAccountingandControl)。正如下图这个庞大的物体，我们很难想象它就是硬盘当初的模样。但正是这个基于50个24英寸金属磁片组成的庞然大物，才开启了硬盘领域的发展史。当然IBM也就当之无愧的坐上了硬盘鼻祖的宝座。

RAMAC硬盘雏形

　　在图片的右下角就是日立执行副总裁拿着一块当年RAMAC的24英寸盘片和一张微硬盘1寸盘片对比。除了体型以外，一张1英寸盘片的存储容量是一张24英寸盘片容量的80000倍；而8GB的1英寸存储容量则是整个RAMAC硬盘的1600倍。所以，硬盘在经历了50多年的发展如今可以说无论是体型还是容量和过去相比都有天翻地覆的变化。

　　当时RAMAC硬盘主要服务于大型机构，如飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域，当时推出的售价是35000美元，平均每M要有7000美元的成本，正是由于高昂的制造成本也迫使IBM后来改变了设计路线，才变为目前最盛行的“温彻斯特”硬盘。

　　对于RAMAC硬盘我们也不必再多说了，毕竟那已经成为历史，我们只要记住它是现在所使用硬盘的鼻祖就可以了。那么下面笔者详细给大家介绍一下我们最熟悉的“温彻斯特”硬盘的构造。

产品：Barracuda 1TB 7200转 32MB SATA2 （ST31000528AS） 希捷 硬盘

硬盘基本构造详解

　　如今硬盘已经成为电脑配件中最重要的部件，因为只有硬盘才能保存数据，包括我们的文件、照片、视频等等重要的数据都是存放在硬盘里面的，可见硬盘对人们生活的重要性。

　　既然很重要，那我们就必须对硬盘有一个深入的了解。前面笔者提到过，IBM重新提出了“温彻斯特”（Winchester）技术，继而奠定了以后硬盘所发展的方向。在“温彻斯特”技术中最大的突破就是“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”，这也是现有硬盘的技术雏形。

● 硬盘基本构造详解：

硬盘内部结构详解

　　硬盘主要由盘片、盘片驱动器、磁头及控制装置组成。盘片由较轻质的金属（如铝）或玻璃制成，表面再涂上一层磁性材料。盘片的光洁度极高，远远超过我们生活中使用的镜子。硬盘都是密封的，内部非常干净，哪怕是一丝肉眼看不见的灰尘也会给盘面带来致命的损伤。

磁头及磁头控制装置

　　盘片上存储的信息是由磁头写入的，在一张盘片的正反两面都会有一个磁头进行读写。磁头是硬盘中最昂贵、最精密的部分。磁头装在磁头支架上，它们像梳子的齿一般伸进各自负责的盘片间隔中。磁头支架在特殊的电机驱动下，可以使磁头在盘片上不同的地方来回移动。盘片在高速旋转时会带动盘表面的空气，空气作用在磁头上产生一个浮力使磁头与盘面保持一个极微小的距离。这样既可有效进行读写，也不会磨损盘面。

硬盘工作原理

　　盘片上有一圈圈看不见的磁道，有了这些磁条才能够有序地对信息进行读写。一个盘面上可以有成千上万个磁道，就像是被画上了很多大大小小的同心圆圈。当我们输入了要读（写）某个信息的命令时，磁头驱动电机就会移动磁头在盘片上寻找适当的位置进行工作，这就是整个硬盘的工作原理。

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硬盘常用参数你知道多少？

　　对于用户在选购硬盘时，就需要知道一些硬盘的基本参数。一般来说，一款主流硬盘的参数不多，不像笔记本那样什么CPU、显卡、主板等等参数那么复杂。基本就包括硬盘的转速、缓存、内外传输速率、寻道时间、单碟容量等等。下面笔者就一一为大家介绍一下。

高速旋转的盘片

　　转速：硬盘通常是按每分钟转速(RPM，Revolutions Per Minute)计算：该指标代表了硬盘主轴马达（带动磁盘）的转速，比如5400 RPM就代表该硬盘中主轴转速为每分钟5400转。目前主流笔记本硬盘转速为5400RPM；台式机硬盘则为7200RPM。但随着技术的不断进步，笔记本和台式机均有万转产品问世，但多用用于企业用户。

　　单碟容量：单碟容量是硬盘相当重要的参数之一。硬盘是由多个存储碟片组合而成，而单碟容量就是指一个存储碟所能存储的最大数据量。目前在垂直记录技术的帮助下，单碟容量从之前80GB升级到现在的1TB，发展速度相当快。硬盘单碟容量提高不仅仅可以带来总容量提升，有利于降低生产成，提高工作稳定性；而且单碟容量越大其内部数据传输速率就越快。

三星双碟1TB本盘寻道时间为17.2毫秒

　　平均寻道时间：平均寻道时间指硬盘在盘面上移动读写磁头到指定磁道寻找相应目标数据所用的时间，单位为毫秒。当单碟容量增大时，磁头的寻道动作和移动距离减少，从而使平均寻道时间减少，加快硬盘访问速度。上图就是三星1TB笔记本硬盘的测试，显示寻道时间为17.2毫秒。

硬盘背面PCB详解

　　缓存：缓存是硬盘与外部交换数据的临时场所。硬盘读/写数据时，通过缓存一次次地填充与清空，再填充，再清空，就像一个中转仓库一样。目前大多数硬盘缓存已经达到32MB，而目前3TB 7200转硬盘均为64MB容量。

　　内部数据传输率：内部传输率是指硬盘磁头与缓存之间的数据传输率，简单说就是硬盘将数据从盘片上读取出来，然后存储在缓存上的速度。内部传输率可以明确表现出硬盘的读写速度，它的高低才是评价一个硬盘整体性能的决定性因素。

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提高硬盘性能：增加盘片转速

　　相信大家对于硬盘已经有了一个很深入的了解。不过很多人还会问，为什么硬盘会是整个系统的瓶颈呢？原因很简单，只有比较才会有快慢高低，而硬盘的参照物正好是发展迅猛的CPU、显卡等等配件。由于Intel推出了Tick-Tock计划，每隔两年就会更新出一批全新的CPU处理器，所以相比较之下，50年来硬盘的发展则是换汤不换药，所以大家才会说硬盘严重的制约了整个系统的性能。

　　如今DIY已经到了性能过剩时代，四核CPU、高频显卡都已经超过了一般用户的使用需求，唯独传统硬盘一直没什么发展，主流转速依然停留在7200RPM。毕竟我们平时应用中大部分的读写操作都在硬盘上进行，磁盘性能直接影响到整机的性能，所以会出现“明明CPU、内存都是顶级产品，为什么Windows启动需要这么久”“为什么有时候拷贝文件的时候机器很卡，什么都干不了”这样的问题。那么提高硬盘的性能成为众多硬盘厂商开始着手的工作。

硬盘的水桶效应

　　谈到硬盘性能的提升，其实从三方面可以入手。一方面就是提高硬盘的转速，这样有什么好处呢？

　　一般来说，硬盘读取数据是将磁头移动到磁盘上数据所在的区域，然后才能进行读取工作。磁头移动的过程又可以分解为两个步骤，其一是移动磁头到指定的磁道花费的时间被称为“寻道时间”；其二就是旋转盘片到相应扇区，花费的时间被称为“延迟”。那么也就是说在硬盘上读取数据之前，做准备工作上需要花的时间主要就是“寻道时间”和“延迟”的总和。

硬盘寻道

　　提高硬盘的转速，根据上面的介绍我们就可以很清楚地知道，用处就是可以缩短“潜伏时间”。了解固态硬盘的网友都知道，SSD的最大优势就是寻道时间短，这样无论是加载软件、游戏，开关电脑都非常迅速，所以提升硬盘转速就可以大大提升系统的性能。

　　然而提升硬盘转速对于硬盘本身的发热量、功耗和制造成本都有很不利的影响，拿目前主流市场的西数600GB迅猛龙来说，其拥有10000转的速度，寻道时间也仅为7毫秒左右，相比主流硬盘14毫秒要缩短一半，但是其价格却在上千元，并且容量偏小，这也正是万转硬盘没有在桌面级普及的原因。

　　因此，笔者认为虽然硬盘厂商已经拥有研发万转主流硬盘的实力，但是由于上述的影响，未来两年仍然会在企业级领域小幅发展，而主流桌面级则不会有太多的新品问世。

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提高硬盘性能：升级外部接口

　　除了硬盘内部在发生变化外，外部配件也再不断的更新，那就是硬盘接口。最早我们接触的硬盘接口为PATA并行接口。不过从2001年8月29日，Intel在IDF上发表了SATA 1.0规范，随即希捷便推出了首款SATA硬盘产品Seagate Barracuda系列，至此开始了从PATA过渡到SATA接口的时代。

　　SATA规范将硬盘的外部传输速率理论值提高到了150MB/s，比PATA标准ATA/100高出50%，比ATA/133也要高出约13%。随着后续版本的发展，SATA接口的速率扩展到SATA II(300MB/s)和SATA III(600MB/s）。

主板上的SATA 6Gbps接口

    SATA II是在SATA的基础上发展起来的，还包括NCQ(Native Command Queuing，原生命令队列)、端口多路器(Port Multiplier)、交错启动(Staggered Spin-up)等一系列的技术特征。SATA III则是在SATA II的基础上进一步将传输速度翻倍，达到了6Gb/s。不过虽然硬盘接口不断推陈出新，但是实质上对于硬盘性能提升有多大帮助呢？我们来看一组测试。　　

FastCopy拷贝时间对比

　　从上面那个测试中，我们发现一款支持SATA3.0接口的硬盘分别插在SATA2.0主板接口和SATA3.0接口的成绩基本相同，并没有达到SATA3.0标称接口的速度。

　　其实这个原因很简单，那就是硬盘的内部传输速度并没有变化。比如一款硬盘的内部传输速度为90MB/S，而通过150MB/s带宽的SATA接口时，系统接收到的速度依然是90MB/S，这个跟SATA接口速率没有任何关系。所以SATA接口虽然升级到6Gpbs，但是内部90MB/S的实际内部传输速度永远无法享受到如此高带宽的性能。

HD Tach突发速率速度

　　综上所述，提升SATA接口速度其实对于内部传输速度很慢的硬盘来说没有任何意义，但是SATA3.0接口的真正主人则是SSD固态硬盘，因为SSD固态硬盘实际内部传输速度基本都在300MB/S以上，那么SATA3.0的600MB/S带宽才可以满足它的需求。

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提高硬盘性能：增加单碟容量

　　第三种方法就是提升磁盘单碟容量，不过提升单碟容量就需要从垂直记录技术开始说起。垂直记录是相对于之前的水平磁盘记录方式而言，如果每个记录单元的SN方向为水平于盘片，则称为水平磁盘记录方式。传统的记录方式每个单元之间是扁平排列，就像按序列平铺放在桌面的骨牌。

    在2006年初，希捷推出了首款应用垂直记录技术的2.5英寸硬盘——Momentus 5400.3，让笔记本电脑的用户首先品尝到了先进技术带来的好处。并且该款产品的性能也已经让不少7200rpm转速的3.5英寸产品感受到压力，随即在硬盘市场传播开来。

硬盘容量倍增的秘密

　　随着垂直记录技术的不断成熟，硬盘的单碟容量也是屡创新高。前不久笔记本硬盘终于推出单碟500GB盘片技术，使标准厚度的笔记本硬盘最大容量提升到1TB，也是笔记本硬盘进入TB级时代的先河。而台式机硬盘市场，也纷纷宣布推出单碟1TB盘片技术，这些发展都应当归功于垂直记录技术。

    优势一：采用垂直记录技术可以大幅提升存储密度，从而提升硬盘的存储容量。

    优势二：相同的单元间隔下，垂直记录硬盘可以存储更多的数据，因此在相同的硬盘转速下，采用垂直记录技术的硬盘可以拥有更快的连续读取优势。

    优势三：采用垂直记录技术能够增加单张盘片的磁密度，可以令厂商最大限度的降低生产成本。

　　可以说单碟容量提升除了对于容量增长的贡献之外，另一个重要意义在于提升硬盘的数据传输速度。单碟容量的提高得益于磁道数的增加和磁道内线性磁密度的增加。磁道数的增加对于减少磁头的寻道时间大有好处，因为磁片的半径是固定的，磁道数的增加意味着磁道间距离的缩短，而磁头从一个磁道转移到另一个磁道所需的就位时间就会缩短。这将有助于随机数据传输速度的提高。下面请看希捷从单碟160GB到单碟600GB的性能测试对比，就会一目了然。

产品：Barracuda 1TB 7200转 32MB SATA2 （ST31000528AS） 希捷 硬盘

希捷硬盘全家福性能参数对比

　　为了见证单碟容量提升可以提高硬盘实际内部传输速率，笔者将希捷7200.10代、7200.11代、7200.12代硬盘的数据拼装到一起，方便用户了解。我们可以从柱状图中清晰看到技术更加先进的硬盘速度会提升多少。

希捷全家福性能参数对比

　　从上图发现，最上面的是之前的老版本硬盘，而且性能柱状图也是随着新品的不断出现而呈阶梯状增长。我们可以看出，从单碟160GB到单碟250GB就有了长足的进步，其读取速度从70MB/S提升至近90MB/S，而到了单碟600GB的时候就已经超过120MB/S，对比还是非常明显的。

　　硬盘厂商通过提升单碟容量的方法使硬盘性能提升的方法还是比较可行的，因为盘片磁道密度每英寸的磁道数的提高，进而提高了盘片的磁道数量，在磁道上的扇区数量也得到了提高。所以盘片转动一周，就会有更多的扇区经过磁头而被读出来，这也是相同转速的硬盘单碟容量越大内部数据传输率就越快的一个重要原因。

　　另外，如果希捷单碟1TB硬盘上市，读写传输速度肯定还会有的提升，笔者预计应该可以达到150MB/S左右，所以很多用户都很期待这款产品问世。

● 全文总结：

　　在之前笔者也分析了硬盘想要提升性能的三种方法，但是从实际市场应用来看，前两者在近几年肯定不会有太多的发展。然而单碟容量则是厂家一直在苦苦研发的，因为他们目前只能依靠这种方法来提升硬盘的性能，所以机械硬盘从发展角度上看是有局限性的。

　　这也就给了固态硬盘一个可乘之机。固态硬盘正是抓住了硬盘发展缓慢的辫子，才趾高气昂的迅速拔起。固态硬盘由于采用Flash存储技术，所以就不存在寻道时间等问题，并且没有任何机械部件大大降低了功耗、温度、噪音等弊端，所以近两年SSD可谓风生水起。

　　那么机械硬盘未来的发展方向是什么呢？其实未来一段时间硬盘的主要任务就是提升单碟容量，进一步增加存储容量，这也是唯一可以和固态硬盘抗衡的条件。而固态硬盘则会先发展小容量产品，如60GB、80GB等等，可以安装Win7系统盘，使用户的系统性能更加快捷，这样就形成了一个SSD做主盘，HDD做存储盘的格局，短期谁也不会击败谁，谁也不会淘汰谁。