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1、50次初恋：硬盘驱动器诞生50周年回顾19561980：主机时代打造成型1956年9月13日，IBM推出了世界上第一台硬盘驱动器，一周之后我们就要迎来硬盘驱动器诞生50周年的纪念日。50年在人类的历史长河里只是短短的一瞬间，但在一贯飞速发展的信息技术行业中，却足以发生很多值得纪念的事件，硬盘驱动器这个分支自然也不例外。在这50年里，硬盘驱动器从大到小、由弱变强，如果只看1956年和2006年，反差之大会令每个人都惊讶不已！ 粗略地统计一下，不考虑外部接口（如ATA或SCSI）的变迁，仅仅硬盘驱动器的原理和结构上的改动所形成的“第一”，就有近50个，平均起来差不多每年都有一个。鉴于硬盘驱动器本身
2、的结构相对独立于外部接口，而本文的主线是50年中硬盘驱动器的发展，因此只在必要时才会提到外部接口技术的影响。尽管如此，要想一口气把这50年中发生的变迁讲述下来，也实在不是件很容易的事。好在，我们可以根据行业结构的不同将历史划分为两个阶段，而每个阶段都有其鲜明的特色。（注：本文主要内容已刊登于PCDIY 电脑自做杂志第9期）现在回过头来看，1980年以前的硬盘驱动器行业颇有些像农业社会：IBM、CDC（Contral Data Corporation，控制数据公司）、DEC、Honeywell、Memorex等大型计算机公司处于绝对的主导地位，他们自己开发生产硬盘驱动器，供自己的大型主机或小型机
3、消费，典型的自给自足。由于个人计算机行业尚未形成，小型的硬盘驱动器公司只能在缝隙市场求生存。在这20多年间，IBM对硬盘驱动器技术发展的贡献可以说是居功至伟：不仅发明了硬盘驱动器，更亲手一步步完善其结构，从最初的雏形阶段发展出现代硬盘驱动器的全部主要特征，是当之无愧的“硬盘驱动器之父”。表1：主机时代硬盘驱动器发展的里程碑RAMAC的误读每个对硬盘历史稍有了解的人都知道世界上第一台硬盘驱动器是IBM在1956年推出的RAMAC统计控制随机存取方法（Random Access Method of Accounting Control）的缩写。但是，在其全称上存在着一定的分歧：一说是IBM 305
4、 RAMAC，一说是IBM 350 RAMAC。究竟是305，还是350？305 RAMAC是一套计算机系统，红色圆圈中是两台350 Disk File其实，305和350都有道理。确切地说，IBM在1956年9月13日推出的305 RAMAC是第一台采用磁盘驱动器的计算机，而其所用的磁盘驱动器名为IBM 350 Disk File。换言之，世界上第一款硬盘驱动器的名字应该是IBM 350 Disk File，系305 RAMAC的一个组成部分，可单独或成对使用（如上图）。有人用IBM 350 RAMAC Disk File来称呼，时间长了漏掉“Disk File”，就被误读成IBM 350
5、RAMAC。350 Disk File，305 RAMAC的磁盘驱动器在305 RAMAC之前的计算机的存储由核心内存、磁带和磁鼓组成，而磁盘的出现代替了磁鼓。305 RAMAC是IBM设计的最后一批真空管系统之一，到1961年结束生产时已制造了超过1000台。IBM以每年3.5万美元的费用出租350 Disk File。IBM 350 Disk File具有50张直径24英寸（约61厘米）的铝合金盘片，总重约1吨，以今天的眼光来看，恐龙也不过如此。关于它的容量有三种说法5MB、能存储500万个字符以及4.4MB，后两者的组合能形成正确的表达：整个350 Disk File的容量是500万个7
6、位字符，以今天的标准（一个字符8位）来衡量大约就是4.4MB。350 Disk File可选配第二个访问臂，同时工作以提高速度近5MB的容量在今天看来连U盘都不如，但在当年绝对是海量。不过大容量并非IBM开发磁盘驱动器的首要考虑，因为该公司已于1952年推出了世界上第一台磁带驱动器，经过4年的发展容量也达到了几个MB的水准。正如RAMAC的名字所显示的，随机访问（Random Access）能力是磁盘技术至关重要的基本属性，具备随机访问能力的大容量存储设备是硬盘驱动器的本质。RAMAC由人来担任磁盘控制器，在今天看来可能有些黑色幽默的意味表面涂有磁性物质的盘片叠放在一起，绕着同一个轴（主轴）旋
7、转，磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域，从而实现随机存储，IBM 350 Disk File定义了硬盘驱动器的最基本特征。除此之外，这款处于雏形阶段的硬盘驱动器相当的不完善，譬如没有硬盘控制器，要通过操作员输入具体的指令来完成数据存取，速率只有8800字节/秒当然，对于一台面记录密度仅2000bit/平方英寸的设备，我们不能苛求太多。现代鼻祖Winchester1962年，IBM推出了1301 Advanced Disk File，用350 Disk File一半的盘片数量实现了约6倍的存储容量。不过，1301最大的贡献是采用了空气轴承（air bearing）技术，利用空气动力学原理
8、使磁头在盘片上空悬浮，避免了接触式访问的不利影响。一年后，IBM 1311 Low Cost File将盘片直径减至14英寸。从名字上就可以看出，这是一款低端产品，容量不到3MB，比350 Disk File还小。这也难怪，在同一时期，技术上不可能有很大的变化，减小盘片的尺寸和数量必然会累及容量，而在硬盘驱动器问世后的相当长一段时间里，容量还是很重要的一个参数，一般来说容量越大就越高端。IBM 3340直接访问存储（DAS）设备经过（磁头臂）传动机构、磁头和伺服系统的技术积累，在始自1969年夏天的开发成果的基础上，IBM于1973年3月13日宣布推出3340磁盘单元，也就是后来闻名于世的Wi
9、nchester（温彻斯特）。1973年11月，第一台3340向客户供货。3340采用小而轻的读/写头（负载不到20克），贴近磁盘表面飞行两者间形成0.000018英寸厚的气垫作为支撑。3340的低成本磁头-滑橇（head-slider）结构让其可以在每张盘片表面使用2个磁头（这种现已绝迹的设计在早期硬盘驱动器中并非个案），将寻道时间缩短一半。盘片、主轴和轴承以及头臂组件都装入一个被称为IBM 3348数据模块（Data Module）的可抽取的密封盒子中，而“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”正是“温彻斯特”技术的精髓，现代
10、硬盘（驱动器）的概念就此形成，因此也有“温盘”的称谓。IBM 3340磁盘单元，密封起来就完全“Winchester”了3340的道密度为300TPI（每英寸磁道数），面密度比之前的IBM磁盘提升了一倍，接近每平方英寸1.7Mbit，大约是现在的80000分之一。平均寻道时间为25ms，平均延迟10.1ms（即主轴转速不到3000RPM），可以通过可选的固定磁头提供快达5ms的平均寻道时间。数据模块有三种类型：35MB，70MB，以及有0.5MB空间可供固定磁头访问的70MB。与3340同时发布的IBM System/370 Model 115处理机可以连接24个3340驱动器，提供最高280
11、MB的存储容量。至于这款划时代的硬盘驱动器为什么有个“温彻斯特”的名字，常见的说法有两种：1. 因为3340的两个转轴各负责30MB的磁盘容量（如果按照RAMAC时的1Byte=7bit来计算，35MB就相当于现在的30MB），开发工程师称其为“30-30”，与温彻斯特公司制造的来福枪同名，负责3340开发的Kenneth E. Haughton在报告中称，“如果它是30-30，那么它就是一支温彻斯特。”（If its a 30-30, then it must be a Winchester.） 2. 当年研究Winchester技术的IBM实验室，位于美国麻省（马萨诸塞州）的一个叫做Win
12、chester的小镇上，为了纪念新技术的成功，便以此小镇的名字来命名。第一种说法有IBM网站上的资料为证，可信度自然更高。不过第二种说法亦有其合理性：从表1（第1页）中可以看到，IBM在1965年就已开始用鸟类（Merlin）、鱼类（Minnow）来命名其磁盘驱动器，之后还有人名（Gulliver）、地名（Madrid）乃至乐器（Piccolo），因此3340用一个地名完全符合逻辑如果老美喜欢足球，改成Manchester也没有什么不可以。追根溯源，只有Winchester的名字令大家如此感兴趣，完全要归结于3340这款产品在硬盘驱动器发展史上的重要地位。或许当时IBM的研发人员也没有预见到3
13、340会在日后产生如此重大的影响，只是依个人喜好随便起个内部项目名字，而“Winchester”本身的含义显然无法与“RAMAC”的高度概括性相比。3340在问世10年后退出市场，所使用的14英寸盘片今日也已难觅踪影，但其磁头的影响仍未完全消褪。我们有时还可以看到，某些介绍磁头技术的文档中写到是30%或50%的磁头，便是说明其磁头大小与第一代Winchester磁头的比例，30%即表示其磁头尺寸为Winchester磁头的30%。由“硬”到“软”的岁月细心的读者可能已经从表1（第1页）中看到，磁盘驱动器、硬盘驱动器和软盘驱动器这三个词交替出现，这是笔者有意为之。广义地说，磁盘驱动器（disk
14、drive）包括硬盘驱动器和软盘驱动器，“硬盘”最早用Rigid Disk而不是Hard Disk来表达，“软盘”也是Flexible Disk而并非Floppy Disk。不过，在企业存储领域，“磁盘”通常即是指硬盘谁会把“磁盘阵列”理解为“软盘阵列”？现在连台式PC也已基本淘汰软驱了，如果听到“磁盘”的时候还首先想到1.44MB软盘，闹出笑话来可不要怪人家没说清楚。不仅现在，最初的磁盘驱动器，也是硬盘驱动器的同义词，因为软驱直到1970年前后才诞生。一般认为Alan Shugart（记住这个名字，后面还会多次出现！）在1967年为IBM工作时发明了软盘驱动器。1951年Shugart大学毕
15、业进入IBM任现场工程师，参与了305 RAMAC/350 Disk File的开发，并担任过1301 Advanced Disk File等项目的经理，当时位居系统开发分部工程主任，他手下的一位资深工程师David Noble实际上推出了（直径为8英寸的）软介质和布衬护套的设计，并在1973年成为工业标准。软盘驱动器源于早期的硬盘驱动器，与同年问世的Winchester硬盘驱动器的主要区别是只有1张盘片且与驱动器相分离（自然也不可能密封）、接触式读取、主轴转速较低。第一款5.25英寸软盘驱动器Shugart Associates SA400无缘3340 Winchester的开发是Shuga
16、rt辉煌的职业生涯中的一大憾事，因为他1969年便已离开IBM。也是在1973年，Shugart以共同创办人的身份进入Shugart Associates，但很快又在1974年底离开了这家以自己姓氏命名的公司。处于上升势头的Shugart Associates于1976年推出了5.25英寸的SA-400软盘驱动器，电气设计和接口规范仍基于最初的Shugart设计，在成为IBM PC的标准配置后迅速取代了8英寸驱动器，其接口也被包括3.5英寸在内的所有PC软驱所沿用。不过，Shugart的故事还没完恰恰相反，他对硬盘行业发展长达20年的主导马上就要开始了！19802006：小型化浪潮颠覆格局在硬盘驱动器问世50年后的前半段（接近25年），容量增长不过100倍左右，但盘片直径下降一半多，数量也只有最初的十分之一左右，体积上的变化用“锐减”来形容都觉得过于轻
