透析硬盘发展史

前言：2008年，商用硬盘问市满52周年，如果回过头来看，会发现现在动辄100GB的笔记本硬盘、单碟即具备320GB的台式计算机硬盘，甚或如同硬币般小巧的微型硬盘，就能了解硬盘科技在这50多年的进展有多么快速…

我们都相当了解硬盘，以及它在计算机、DVD录像机和汽车导航系统…等装置的用途。本文不仅回顾50年来硬盘的容量发展，更将回溯硬盘公司的发展历程，以及硬盘本身结构的变化。

一切从磁鼓、磁头缘起

先来回顾一下，早期的磁录装置。图1拍摄于1950年，读/写头位置靠近旋转中的磁性物质，即使电源中断，磁性物质产生的磁极仍能继续保存数据。虽然今日硬盘与图中外型已大相径庭，但运作原理仍属相同。

图中右半边的圆柱体，是在表面涂上磁性物质的磁鼓。磁鼓由坚硬的外壳保护，而外壳则连接许多缆线。图1为外壳盖子打开的状态。这些缆线连接至读/写头，换句话说，每个磁道都有其专用读/写头；不同于当今硬盘的是，其读/写臂无法移动。因此，有多少磁道，就须连接多少读/写头。虽然读/写头之间的空隙未用于记录数据，而显得浪费，但由于不须控制读/写头位置，而让整个运作机制更简化。图中左方的黑色区块为马达。

图说：具有磁鼓和许多读/写头的磁录装置，许多读/写头连接于磁鼓上，磁鼓容量为16 KB。(西捷)

当时，若要以此技术来增加储存容量，即须加长磁鼓和增加读/写头，或增加磁鼓半径以扩大周长。图2为不同尺寸的设备。图中左后方的机器与图1的磁鼓装置相同。图片前方为最小的磁鼓，但其外型仍大于1瓶2公升的瓶子。我们虽无从得知其重量，但能推测单以1人的力量应无法移动最右边的大机器。本图中，机器底部像吸收器的部份具抗震功能。此装置在巨大马达驱动笨重的磁鼓时，避免震动影响到机器以外的地方。

图说：磁鼓型磁录装置。 磁鼓大小显示所含容量，当时有各式容量的磁鼓。(希捷)

从磁鼓到磁盘

第1台硬盘诞生于1956年：IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control)是世界首台外接储存装置！此机器名字的前3个字母（RAM）和当今半导体内存术语的随机存取内存（Random Access Memory；RAM）相同。也就是说，用户可在储存装置随意读取或写入数据。相较之下，当时的其它储存装置只能以纸张、磁带或打孔卡，顺序访问数据。

两者最大的差异，就在于这台硬盘的随机存取技术。这也许是其命名由来之一吧！此外，此硬盘名字的”会计与管理(Accounting and Control)”表示其设计宗旨为协助大企业的会计处理作业。

虽然磁录机制的原理并无差异，但其磁鼓被更换为24寸磁盘。此硬盘共包含50片磁盘，且透过单一马达来驱动旋转。此为今日多盘片硬盘机的原始形式。

此硬盘只使用1对读/写头，以1个装置驱动其上/下移动，来存取盘片。50片磁盘的总容量为5MB，相当于4片软盘的容量(此种软盘片现今已绝迹了)。根据型录记载，该磁盘转速为1,200rpm，每1寸含20个磁道，而读/写头到磁盘间距为800微寸(micro inches)。

有趣的是，这些硬盘机并非完全密封，而不像现代硬盘机采完全密封设计，并使用过滤器来防止硬盘在循环外部气流时，吸入灰尘及其它外界物质。然而，与现代硬盘相同的是，这些硬盘也运用气压来使读/写头悬浮于磁盘上方，只不过当时让读/写头悬浮的方式，是从读/写头对着磁盘发送高压气体。这个原理就像火箭透过喷射气体来升空。

图说：IBM 305 RAMAC内建的磁录装置。已具5MB容量的55片24寸磁盘来取代磁鼓， 此产品于1956年秋天推出。(希捷)

回到1956年

1956年，IBM 305 RAMAC开创硬盘历史新页。就从此时开始，人们不断研发技术，为大型计算机扩充外接储存装置容量，及缩小硬盘尺寸。80年代后半段，个人及商用计算机开始搭载小型硬盘。而后，业者仍持续针对执行基本运算的中央处理器，所用外接储存装置来研发硬盘。

上述IBM 305 RAMAC硬盘，为1960年加州冬季奥运会采用。当时IBM 305 RAMAC内建的磁录装置已有许多改良，如增加1个双臂磁头臂，且容量加倍。在60年代初期，人们仍在使用这个巨大、直立的长型机器。

60年代后半段，具可拆式磁盘媒体的硬盘问市。图4中的磁盘组包含4 至 6片直径14寸的磁盘，固定在马达转轴上。拆卸下来的磁盘被存放于专用的半透明塑料盒容器，像是展示蛋糕用的透明玻璃容器。以此方式拆卸磁盘，让用户得以扩充其储存容量，此为1项重大的技术发展。然而，这种互换性可能引起许多问题，有的产品系列甚至提供训练课程，教育用户在更换媒体发生问题时，如何透过示波器来调整每1个读/写头。

此时的硬盘容量约200~400MB。储存容量随着每一代磁盘组的发展而递增。随着磁录密度改良，所堆栈的磁盘数量亦增加。据说，12片磁盘相迭的重量相当惊人。

我们用伺服电动机(servo technology)技术来进行读/写头定位，且仅在相迭磁盘的特定表面上记录伺服信息。伺服信息不会在磁盘表面写入用户数据，而是不断被读取来定位读/写头。读/写头位置一旦确定，即开始进行数据读写，并可同时决定磁柱上其它读/写头的位置。这项技术称为专属伺服方法(dedicated servo method)。当然，现代的硬盘已不再采用这种缺乏效率的作法。（本文作者Yasushi Tanaka／希捷科技应用工程师）

图说：具有可拆式磁盘媒体的磁录装置，于60年代下半段推出。，这种可拆式磁盘称为”磁盘组”。(希捷)