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自从1973年IBM发明了Winchester(温彻斯特)硬盘以来,至今的近30年时间里,硬盘的核心机械结构部份的基本原理始终没有脱离“温彻斯特”模式。“温彻斯特”模式的精髓是在密封、固定并高速旋转的镀磁盘片的每个存储面上有一个沿盘片径向移动的磁头。客观而言,这种模式严重阻碍了硬盘速度提升,但是要将其改变并不容易,至少现今的主流硬盘还没有跨出第一步。或许未来会出现多磁头的硬盘技术,通过有多个独立磁头协调工作,会使磁头寻道时间几乎完全相互抵消,磁头读写数据块的持续时间也会部分抵消。当一个磁头读写一段时,另一个磁头进行下一段的寻道过程,找到后可立即进行读写操作,或者进入读写操作的预备状态,等待前一个磁头完成前一段后立即接替作业。乐观估计,这项技术需要在5年后才会进入实质性应用阶段。
1973年,IBM研制成功了一种新型的硬盘IBM 3340。这种硬盘拥有几个同轴的金属盘片,盘片上涂着磁性材料。它们和可以移动的磁头共同密封在一个盒子里面,磁头能从旋转的盘片上读出磁信号的变化--这就是我们今天是用的硬盘的祖先,IBM把它叫做温彻斯特硬盘。 “温彻斯特”这个名字还有个小小的来历。IBM 3340拥有两个30MB的存储单元,而当时一种很有名的“温彻斯特来复枪”的口径和装药也恰好包含了两个数字“30”。于是这种硬盘的内部代号就被定为“温彻斯特”。 温彻斯特硬盘采用了一个了不起的技术:它的磁头并不与盘片接触。可以想象,如果要提高存取数据的速度,硬盘的盘片就应该越转越快。但是如果磁头与盘片接触,那么无论采用什么材料都不可能胜任这种工作。技术人员想到让磁头在盘片上方“飞行”,与盘片保持一个非常近的距离。这个想法是可行的,因为盘片高速旋转会产生流动的风,只要磁头的形状合适,它就能像飞机一样飞行。这样,盘片就能旋转的很快而不必担心摩擦造成的灾难。磁头被固定在一个能沿盘片径向运动的臂上。由于磁头相对盘片高速运动,并且二者距离很近,哪怕是一丁点灰尘也会造成磁盘的损坏。所以,盘片、磁头和驱动机构被密封在了一个盒子里。 1980年,希捷(Seagate)公司制造出了个人电脑上的第一块温彻斯特硬盘,这个硬盘与当时的软驱体积相仿,容量5MB(可以想象,这种容量在今天什么也做不了,但是在当时对于个人电脑却是个天文数字)。 硬盘容量的提高依赖于磁头的灵敏度。如果磁头越灵敏,就能在单位面积的区域上读出更多的信息。80年代的硬盘使用所谓的薄膜磁头,后来,研究人员找到了一种材料,这种材料的电阻能随磁场的变化而变化,这就是现在通用的“磁阻”磁头。高灵敏度的磁头为高密度的存储提供了可能。 今天,尽管我们的硬盘能够储存数十甚至上百GB的信息,它们的实质与1973年IBM发明的温彻斯特硬盘没有区别。那个盛有高速旋转的碟子的方盒,仍然是快速大量存取数据的最好选择。
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