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一、容量
容量恐怕是最能體現(xiàn)硬盤發(fā)展速度的了，從當初IBM發(fā)布世界上第一款5MB容量的硬盤到現(xiàn)在，硬盤的容量已經從幾十、幾百MB增加到了上百GB，硬盤容量的增加主要通過增加單碟容量和增加盤片數來實現(xiàn)。單碟容量就是硬盤盤體內每張盤片的最大容量，每塊硬盤內部有若干張碟片，所有碟片的容量之和就是硬盤的總容量。比如希捷酷魚Ⅳ 60GB硬盤，其單碟容量為40GB，由兩張碟片組成，其中一張為40GB（雙面）、另一張為20GB（單面）。

  1、 硬盤的發(fā)展突破了多次容量限制
單碟容量的增長可以帶來三個好處：第一是硬盤容量的提高。由于硬盤盤體內一般只能容納4到5張碟片，所以硬盤總容量的增長只能通過增加單碟容量來實現(xiàn)；二是傳輸速度的增加，因為盤片的表面積是一定的，那么只有增加單位面積內數據的存儲密度。這樣一來，磁頭在通過相同的距離時就能讀取更多的數據，對于連續(xù)存儲的數據來說，性能提升非常明顯；三是成本下降。舉例來講，同樣是40GB的硬盤，若單碟容量為10GB，那么需要4張盤片和8個磁頭，要是單碟容量上升為20GB，那么需要2張盤片和4個磁頭，對于單碟容量達40GB的硬盤來說，只要1張盤片和2個磁頭就夠了，能夠節(jié)約很多成本。目前硬盤單碟容量正在飛速增加，但硬盤的總容量增長速度卻沒有這么快，這正是增加單碟容量并減少盤片數的結果，出于成本和價格兩方面的考慮，兩張盤片是個比較理想的平衡點。

不過單碟容量的飛速增加也帶來了兩個問題：首先是AMR（Anisotropic Magneto Resistive，各項異性磁阻）的薄膜的電阻變化量有一定限度，所以AMR磁頭的靈敏度也存在極限—— 476Mbit～794Mbit/平方厘米；其次是硬盤的總容量受到28bit寄存器的限制，最多只能達到137.4GB。

2、GMR巨磁阻磁頭
GMR（Giant Magneto Resistive，巨磁阻）磁頭與AMR磁頭一樣，核心是一片特殊金屬材料，其電阻隨磁場的變化而變化。磁阻元件連接著一個十分敏感的放大器，可以測出微小的電阻變化，通過這種微小的變化就可以讀出盤片上記錄的數據。只不過GMR磁頭使用了磁阻效應更好的材料和多層薄膜結構，比AMR磁頭更為敏感，相同的磁場變化能引起更大的電阻值變化，從而實現(xiàn)更高的存儲密度，GMR磁頭的存儲密度能夠達到1.55Gbit～6.2Gbit/平方厘米以上。

3、Big Drives
硬盤的容量及扇區(qū)地址與三個方面息息相關：柱面數（Cylinder）、磁頭數（Head）和扇區(qū)數（Sector），統(tǒng)稱CHS。這三個數值的寄存器位數決定了硬盤的最大容量，目前這3個寄存器的位數分別為16bit、8bit、4bit，總計28bit。這樣即使是通過LBA尋址方式，也只能訪問268,435,455個扇區(qū)，按每扇區(qū)512字節(jié)計算，總容量約為137.4GB。鑒于此種狀況，邁拓（Maxtor）提出了一種叫做Big Drives的解決方案，為CHS的每個數值分配了一個16bit的寄存器，一共48bit，這樣算來通過LBA尋址方式就能訪問281,474,976,710,655個扇區(qū)，最大容量高達144PetaByte，合144,000,000GB。

二、轉速
轉速是指硬盤內盤片轉動的速度，單位為RPM（Round Per Minute，轉/分鐘），有時也簡寫成“轉”。目前市場上IDE硬盤的轉速主要分5400RPM和7200RPM兩種，當初昆騰曾經推出過兩個轉速分別為4400RPM和4500RPM的硬盤系列——lct15和lct20，但由于價格及發(fā)熱量并沒有比5400RPM硬盤降低多少，而性能卻有所下降，因此沒能得到市場的廣泛認同。

從測試及實際應用等各個方面來看，5400RPM硬盤和7200RPM硬盤之間確實存在著一定性能差距，不過7200RPM硬盤的發(fā)熱量、噪音以及性價比等方面均比5400RPM硬盤略遜一籌，而且現(xiàn)在的應用軟件對于硬盤速度的要求并不很高，5400RPM硬盤完全能夠滿足絕大多數普通家庭的需要。況且隨著單碟容量大幅度提升，轉速對硬盤整體性能的影響已經不像以前那么大了，當初希捷U6系列硬盤推出之時，高達40GB的單碟容量使它在持續(xù)傳輸率等方面甚至比部分7200RPM的硬盤還要強。所以今后IDE硬盤的轉速仍然會保持在現(xiàn)在的水平并維持一段時間。

三、緩存
緩存（Cache Buffer）的大小也是影響硬盤性能的重要因素之一。硬盤的緩存主要起三種作用：一是預讀取。當硬盤受到CPU指令控制開始讀取數據時，硬盤上的控制芯片會控制磁頭把正在讀取的簇的下一個或者幾個簇中的數據讀到緩存中（由于硬盤上數據存儲時是比較連續(xù)的，所以讀取命中率較高），當需要讀取下一個或者幾個簇中的數據的時候，硬盤則不需要再次讀取數據，直接把緩存中的數據傳輸到內存中就可以了，由于緩存的速度遠遠高于磁頭讀寫的速度，所以能夠達到明顯改善性能的目的；二是對寫入動作進行緩存。當硬盤接到寫入數據的指令之后，并不會馬上將數據寫入到盤片上，而是先暫時存儲在緩存里，然后發(fā)送一個“數據已寫入”的信號給系統(tǒng)，這時系統(tǒng)就會認為數據已經寫入，并繼續(xù)執(zhí)行下面的工作，而硬盤則在空閑（不進行讀取或寫入的時候）時再將緩存中的數據寫入到盤片上。雖然對于寫入數據的性能有一定提升，但也不可避免地帶來了安全隱患——如果數據還在緩存里的時候突然掉電，那么這些數據就會丟失。對于這個問題，硬盤廠商們自然也有解決辦法：掉電時，磁頭會借助慣性將緩存中的數據寫入零磁道以外的暫存區(qū)域，等到下次啟動時再將這些數據寫入目的地；第三個作用就是臨時存儲最近訪問過的數據。有時候，某些數據是會經常需要訪問的，硬盤內部的緩存會將讀取比較頻繁的一些數據存儲在緩存中，再次讀取時就可以直接從緩存中直接傳輸。

硬盤緩存的大小決定了可存放數據的多少，但并不是說緩存越大性能就一定越好。目前主流硬盤的緩存多在2MB左右，沒有配備更大容量的緩存主要是出于緩存算法的考慮，更大容量的緩存需要更有效率的算法，否則性能不會有多大提升。當然更大的緩存也是未來硬盤的一個發(fā)展方向，西部數據（WD）就推出了一款緩存容量高達8MB的硬盤產品，其性能表現(xiàn)請參考后面的評測部分文章，這里就不再贅述了。

四、平均尋道時間
平均尋道時間（Average Seek Time）是指當硬盤接受到系統(tǒng)指令后，磁頭從開始移動到到達數據所在磁道的平均時間，單位為毫秒（ms）。不同品牌、不同型號的產品其平均尋道時間也不一樣。一般來講，硬盤的轉速越高，其平均尋道時間就越低，但5400RPM硬盤與7200RPM硬盤之間平均尋道時間的差距并不僅僅是由于轉速造成的，廠商出于市場定位以及噪音等方面的考慮，有時也會人為地降低硬盤的平均尋道時間。

ultra ata接口規(guī)格一覽表

與平均尋道時間有關系的還有磁盤存取時間（Disk Access Time）和平均等待時間（Average Latency）。所謂平均等待時間是指硬盤把數據轉到磁頭下方所需要的時間，這個數字與轉速是成反比的，但相對比較固定，5400RPM硬盤的平均等待時間一般為5.56ms，而7200RPM硬盤則是4.17ms。平均尋道時間加上平均等待時間就是磁盤存取時間。平均尋道時間的長短直接影響到磁盤在讀寫大量小文件以及非連續(xù)存儲的數據時的性能表現(xiàn)，而要想提高存取大文件以及連續(xù)存儲的大量數據時的性能，則可以通過提升單碟容量來實現(xiàn)。

五、接口
隨著硬盤容量和速度的飛速增加，硬盤接口也經歷了很多次革命性的改變，從最早的PIO模式到今天的串行ATA及UltraATA133，傳輸速率已經翻了幾十倍。這里要說明一下，ATA（Advanced Technology Attachment）是一種接口，主要用于連接主板與各種存儲設備，其實也就是IDE（Integrated Drive Electronics），只不過叫法不同罷了。隨著硬盤內部傳輸率逐漸上升，外部接口也必須提高傳輸速率才不至于成為數據傳輸時的瓶頸，在這種環(huán)境下，串行ATA及UltraATA133規(guī)范誕生了。

SeaShell可以為硬盤提供全面保護

串行ATA規(guī)范是計算機行業(yè)工作組（Computer Industry's Working Group）制定的，這個工作組由邁拓（Maxtor）、APT、戴爾（Dell）、IBM、英特爾（Intel）以及希捷（Seagate）組成。串行ATA采用與并行ATA（也就是現(xiàn)在最常見的IDE）接口相同的傳輸協(xié)議，但硬件接口則不同，串行ATA接口的電壓更低，而且數據線也更少。

UltraATA133是邁拓提出的，是UltraATA100的后續(xù)規(guī)范，但它并沒有得到ATA官方組織T13的正式認可，所以嚴格說來，UltraATA133應該算是企業(yè)規(guī)范而非行業(yè)規(guī)范，或許直接叫它“Fast Dirves”更為妥當。

由于串行ATA并不能向下兼容并行ATA設備，所以從并行ATA全面過渡到串行ATA要相當長的一段時間，甚至可能會持續(xù)到2005年。在這期間，硬盤的發(fā)展速度不可能因此而停下來，UltraATA133等于是一種折中的解決方案，它很可能作為最后一種并行ATA接口規(guī)范，在計算機發(fā)展史上起到相當重要的作用。

六、保護技術
現(xiàn)在硬盤的容量越來越大，存儲在上面的數據也越來越多，數據的安全性問題逐漸暴露出來。硬盤廠商們不可能沒有意識到這一點，于是現(xiàn)在市場上的主流硬盤產品，全部都具有多種保護技術——從外到內、從軟到硬，簡直武裝到了牙齒。

1、外包裝
為了防止撞擊或突然掉落造成的損壞，最簡單最便宜的辦法就是把硬盤多包幾層。例如希捷就開發(fā)了一種專門用來包裝硬盤的硬塑料盒——SeaShell，這是一種帶抗沖擊肋條的熱成形蛤殼狀外包裝，能夠明顯降低硬盤在搬運和安裝過程中可能受到的損壞。如果一個硬盤從30厘米的高度直接掉落到水泥地面上，所受到的沖擊力將超過1000G，大多數情況下都會造成物理損傷。如果加上SeaShell包裝的話，所受到的沖擊力一般不會超過180G，對硬盤起到了非常明顯的保護作用。與此類似的還有邁拓的全系列硬盤，邁拓的正品硬盤全部都有紙制的環(huán)保保護材料，起到的保護作用與SeaShell是相同的。

2、內部結構
在發(fā)生沖擊或震動時，硬盤內部的元件可能會損壞，最容易損壞的四種元件是馬達軸、磁頭、磁頭臂和盤片。從滾珠軸承的內部結構圖中可以看出，在發(fā)生震動的時候，震動使?jié)L珠和軌道互相擠壓，滾珠和軌道就會發(fā)生變形，造成損壞，從而導致馬達失靈。解決這個問題有兩種辦法：一是換用較大的滾珠，這樣在震動時能夠有更多的接觸面積來吸收震動；二是干脆換用液動軸承。

另外，所有硬盤在不接通電源的時候，磁頭都會停放在盤片最內圈的CSS（Contact Start/Stop，接觸啟/停）區(qū)，也叫“著陸區(qū)”，著陸區(qū)不會用來存儲任何數據，即使震動也不會對存儲數據的區(qū)域產生直接影響。但震動足夠強就可能發(fā)生損壞現(xiàn)象，因為磁頭是通過磁頭臂固定的，如果磁頭受到震動偏離盤片，磁頭臂的彈力就會使磁頭重新附著在盤片上，這個過程中可能會損壞盤片并留下顆粒。雖然盤片的數據區(qū)并沒有受到直接影響，但遺留下的顆粒對于高速旋轉的盤片來說無疑是致命的，盤片上很快就會出現(xiàn)各種劃傷，進而完全報廢。

廠商們通過以下幾個方面的改進在一定程度上解決了這個問題：首先是增加了磁頭、磁頭臂等部件的緊密程度，這樣一來在受到震動的時候，硬盤內部結構的變形程度就減小了，磁頭受到的震動也會降低；另外就是減少磁頭的重量，由于重量減少了，所以對磁頭臂的推力也會減小，也就降低了磁頭從盤片表面偏離的可能性。

3、自我檢查
除了改進結構設計來加強硬盤的可靠性外，硬盤的自我檢查能力也是必不可少的。現(xiàn)在市場上幾乎所有的硬盤產品都具備基于S.M.A.R.T.技術的自檢能力，這種技術的全稱為Self Monitoring Analysis and Reporting Technology，即“自我監(jiān)測分析及報告技術”。這種技術可以在BIOS的配合下自動監(jiān)測硬盤的工作狀態(tài)，由硬盤內部的監(jiān)測電路和系統(tǒng)中運行的監(jiān)測軟件將硬盤當前的運行情況與歷史記錄和預設的安全值進行分析比較，當出現(xiàn)安全值范圍以外的情況時，則自動向用戶發(fā)出警告。通過S.M.A.R.T.技術可以對硬盤潛在故障進行有效預測，提高數據的安全性。不過S.M.A.R.T.技術并不是萬能的，它只能對漸發(fā)性的故障進行監(jiān)測，而對于一些突發(fā)性的故障，S.M.A.R.T.技術就無能為力了。