一、硬盤的歷史

 

說起硬盤的歷史，我們不能不首先提到藍色巨人IBM所發揮的重要作用，正是IBM發明了硬盤，并且為硬盤的發展做出了一系列重大貢獻。在發明磁盤系統之前，計算機使用穿孔紙帶、磁帶等來存儲程序與數據，這些存儲方式不僅容量低、速度慢，而且有個大缺陷：它們都是順序存儲，為了讀取后面的數據，必須從頭開始讀，無法實現隨機存取數據。

 

在1956年9月，IBM向世界展示了第一臺商用硬盤IBM350RAMAC（RandomAccessMethodofAccountingandControl），這套系統的總容量只有5MB，卻是使用了50個直徑為24英寸的磁盤組成的龐然大物。而在1968年IBM公司又首次提出了“溫徹斯特”Winchester技術。“溫徹斯特”技術的精髓是：“使用密封、固定并高速旋轉的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動，磁頭磁頭懸浮在高速轉動的盤片上方，而不與盤片直接接觸”，這便是現代硬盤的原型。在1973年IBM公司制造出第一臺采用“溫徹期特”技術制造的硬盤，從此硬盤技術的發展有了正確的結構基礎。1979年，IBM再次發明了薄膜磁頭，為進一步減小硬盤體積、增大容量、提高讀寫速度提供了可能。70年代末與80年代初是微型計算機的萌芽時期，包括希捷、昆騰、邁拓在內的許多著名硬盤廠商都誕生于這一段時間。1979年，IBM的兩位員工AlanShugart和FinisConner決定要開發像5.25英寸軟驅那樣大小的硬盤驅動器，他們離開IBM后組建了希捷公司，次年，希捷發布了第一款適合于微型計算機使用的硬盤，容量為5MB，體積與軟驅相仿。

 

PC時代之前的硬盤系統都具有體積大、容量小、速度慢和價格昂貴的特點，這是因為當時計算機的應用范圍還太小，技術與市場之間是一種相互制約的關系，使得包括存儲業在內的整個計算機產業的發展都受到了限制。80年代末期IBM對硬盤發展的又一項重大貢獻，即發明了MR（MagnetoResistive)磁頭，這種磁頭在讀取數據時對信號變化相當敏感，使得盤片的存儲密度能夠比以往20MB每英寸提高了數十倍。1991年IBM生產的3.5英寸的硬盤使用了MR磁頭，使硬盤的容量首次達到了1GB，從此硬盤容量開始進入了GB數量級的時代。1999年9月7日，邁拓公司(Maxtor)_宣布了首塊單碟容量高達10.2GB的ATA硬盤，從而把硬盤的容量引入了一個新里程碑。

 

二、接口標準的發展

 

（1）IDE和EIDE的由來

 

最早的IBMPC并不帶有硬盤，它的BIOS及DOS1.0操作系統也不支持任何硬盤，因為系統的內存只有16KB，就連軟驅和DOS都是可選件。后來DOS2引入了子目錄系統，并添加了對“大容量”存儲設備的支持，于是一些公司開始出售供IBMPC使用的硬盤系統，這些硬盤與一塊控制卡、一個獨立的電源被一起裝在一個外置的盒子里，并通過一條電纜與插在擴展槽中的一塊適配器相連，為了使用這樣的硬盤，必須從軟驅啟動，并加載一個專用設備驅動程序。

 

1983年IBM公司推出了PC/XT，雖然XT仍然使用8088CPU，但配置卻要高得多，加上了一個10MB的內置硬盤，IBM把控制卡的功能集成到一塊接口控制卡上，構成了我們常說的硬盤控制器。其接口控制卡上有一塊ROM芯片，其中存有硬盤讀寫程序，直到基于80286處理器的PC/AT的推出，硬盤接口控制程序才被加入到了主板的BIOS中。

 

PC/XT和PC/AT機器使用的硬盤被稱為MFM硬盤或ST－506/412硬盤，MFM（ModifiedFrequencyModulation）是指一種編碼方案，而ST－506/412則是希捷開發的一種硬盤接口，ST－506接口不需要任何特殊的電纜及接頭，但是它支持的傳輸速度很低，因此到了1987年左右這種接口就基本上被淘汰了

 

邁拓于1983年開發了ESDI（EnhancedSmallDriveInterface）接口。這種接口把編解碼器放在了硬盤本身之中，它的理論傳輸速度是ST－506的2～4倍。但由于成本比較高，九十年代后就逐步被淘汰掉了。

 

IDE（IntegratedDriveElectronics）實際上是指把控制器與盤體集成在一起的硬盤驅動器，這樣減少了硬盤接口的電纜數目與長度，數據傳輸的可靠性得到了增強，硬盤制造起來變得更容易，對用戶而言，硬盤安裝起來也更為方便。IDE接口也叫ATA（AdvancedTechnologyAttachment）接口。

 

ATA接口最初是在1986年由CDC、康柏和西部數據共同開發的，他們決定使用40芯的電纜，最早的IDE硬盤大小為5英寸，容量為40MB。ATA接口從80年代末期開始逐漸取代了其它老式接口。

 

80年代末期IBM發明了MR（MagnetoResistive）磁阻磁頭，這種磁頭在讀取數據時對信號變化相當敏感，使得盤片的存儲密度能夠比以往的20MB/in2提高數十上百倍。1991年，IBM生產的3.5英寸硬盤0663－E12使用了MR磁頭，容量首次達到了1GB，從此硬盤容量開始進入了GB數量級，直到今天，大多數硬盤仍然采用MR磁頭。

 

人們在談論硬盤時經常講到PIO模式和DMA模式，它們是什么呢？目前硬盤與主機進行數據交換的方式有兩種，一種是通過CPU執行I/O端口指令來進行數據的讀寫；另外，一種是不經過CPU的DMA方式。

 

PIO模式即ProgrammingInput/OutputModel。這種模式使用PCI/O端口指令來傳送所有的命令、狀態和數據。由于驅動器中有多個緩沖區，對硬盤的讀寫一般采用I/O串操作指令，這種指令只需一次取指令就可以重復多次地完成I/O操作，因此，達到高的數據傳輸率是可能的。

 

DMA即DirectMemoryAccess。它表示數據不經過CPU，而直接在硬盤和內存之間傳送。在多任務操作系統內，如OS/2、Linux、WindowsNT等，當磁盤傳輸數據時，CPU可騰出時間來做其它事情，而在DOS/Windows3.X環境里，CPU不得不等待數據傳輸完畢，所以在這種情況下，DMA方式的意義并不大。

 

DMA方式有兩種類型：第三方DMA（third－partyDMA）和第一方DMA（first－partyDMA）(或稱總線主控DMA，BusmasteringDMA)。第三方DMA通過系統主板上的DMA控制器的仲裁來獲得總線和傳輸數據。而第一方DMA，則完全由接口卡上的邏輯電路來完成，當然這樣就增加了總線主控接口的復雜性和成本。現在，所有較新的芯片組均支持總線主控DMA。

 

（2）SCSI接口

 

（SmallComputerSystemInterface小型計算機系統接口）是一種與ATA完全不同的接口，它不是專門為硬盤設計的，而是一種總線型的系統接口，每個SCSI總線上可以連接包括SCSI控制卡在內的8個SCSI設備。SCSI的優勢在于它支持多種設備，傳輸速率比ATA接口快得多但價格也很高，獨立的總線使得它對CPU的占用率很低。最早的SCSI是于1979年由美國的Shugart公司（Seagate希捷公司的前身）制訂的，90年代初，SCSI發展到了SCSI－2，1995年推出了SCSI－3，其俗稱UltraSCSI，1997年推出了Ultra2SCSI(Fast－40)，其采用了LVD（LowVoltageDifferential，低電平微分）傳輸模式，16位的Ultra2SCSI(LVD)接口的最高傳輸速率可達80MB/S,允許接口電纜的最長為12米，大大增加了設備的靈活性。1998年，更高數據傳輸率的Ultra160/mSCSI(Wide下的Fast－80)規格正式公布，其最高數據傳輸率為160MB/s，昆騰推出的Atlas10K和Atlas四代等產品支持Ultra3SCSI的Ultra160/m傳輸模式。

 

SCSI硬盤具備有非常優秀的傳輸性能。但由于大多數的主板并不內置SCSI接口，這就使得連接SCSI硬盤必須安裝相應的SCSI卡，目前關于SCSI卡有三個正式標準，SCSI－1，SCSI－2和SCSI－3，以及一些中間版本，要使SCSI硬盤獲得最佳性能就必須保證SCSI卡與SCSI硬盤版本一致（目前較新生產的SCSI硬盤和SCSI卡都是向前兼容的，不一定必須版本一致）。

 

（3）IEEE1394：IEEE1394又稱為Firewire（火線）或P1394，它是一種高速串行總線，現有的IEEE1394標準支持100Mbps、200Mbps和400Mbps的傳輸速率，將來會達到800Mbps、1600Mbps、3200Mbps甚至更高，如此高的速率使得它可以作為硬盤、DVD、CD－ROM等大容量存儲設備的接口。IEEE1394將來有望取代現有的SCSI總線和IDE接口，但是由于成本較高和技術上還不夠成熟等原因，目前仍然只有少量使用IEEE1394接口的產品，硬盤就更少了。