磁性存储的故事
- 来源:微型计算机Geek
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- 发布时间:2009-08-24 13:46
磁带
磁带这玩意儿不但可以记录声音和图像，还能记录数字或其他信号。也就是说，除了咱们早些年用的那种卡带和DV带，在计算机和精密机械记录方面，磁带的作用也是相当大的。
影音存储
最早的磁性存储，也就是磁带的原型，其实是一个丹麦年轻电机工程师瓦尔德马·波尔森（Valdemar Poulsen）利用钢琴线做成的录话机，其中所使用的技术就是利用的磁性变化的原理。在1900年的巴黎世界博览会中，瓦尔德马·波尔森展出了他的录话机，当时奥匈帝国皇帝弗朗茨·约瑟夫一世（Franz Josef I）还留下了一段谈话，成为了现存最早用磁性技术记录下来的声音信号。顺便提一句，当年弗朗茨·约瑟夫一世派兵参加了八国联军，残酷镇压过义和团运动。1935年，德国通用电气公司制成了磁带录音机，并在第二次世界大战中用于军事和广播。二战结束后，美国也开始制造磁带式录音机。
1963年，荷兰飞利浦公司弄出了盒式录音带Philips EL 3541。这东西比以前的大块头磁带机轻便多了，而且更耐用，互换性也更强。1973年，日本人弄出了Avilyn包钴磁粉带。1975年，咱们国家也开始试制盒式录音带，据说当时的技术水平还不赖。3年后美国佬生产出金属磁粉带。而后，日本的日立玛克赛尔公司又制成了微型盒式录音带，这使得磁带录音技术带达到一个新的水平，并使音频记录进入了数字化时代。
1956年，美国安佩克斯（Ampex）公司制成四磁头广播用磁带录像机。从此，录像带逐步从电视广播逐步进入到科学技术、文化教育、电影和家庭娱乐等领域。除了用二氧化铬包钴磁粉以及金属磁粉制成录像带外，近年来日本还制成微型镀膜录像带，并开发了钡铁氧体型垂直磁化录像带。磁带通常是在塑料薄膜的带基上涂覆一层颗粒状磁性材料或蒸发沉积上一层磁性氧化物或合金薄膜而成。录音和放音磁头，都是一个开有微小断口的U形电磁铁。当放音时，磁带经过放音磁头的断口处，磁带上的磁力线就从断口进入铁心，并通过磁头的线圈。由于磁力线的疏密和方向是变化的，所以磁头的线圈就感应出电流。这个电流经过放音放大器放大后，就推动扬声器发声。当录音时，微音器把声音的振动转换为音频电流，这电流经过录音放大器放大，输送到录音磁头，录音磁头就产生相应变化的磁力线。这些变化的磁力线在铁心断口处漏出来，把经过的磁带磁化，声音就被记录下来了。
数据存数
除了录音存储设备，用磁带来存储数据还得从1951年UNIVAC 1电脑的诞生开始说起。第二年，IBM发布了726磁带设备之后，这种磁带便开始出货。这也开创了长达35年的“磁带存储的第一时期”，这时的磁带存储大多采用圆轴磁带，并且需要人工手动装载、卸载和归档。
1984年，盒式磁带取代了圆轴磁带，从而为磁带工业的新发展奠定了基础。在这一时期，大量光盘生产厂商跃跃欲试，想取代磁带成为可移动存储介质。但是，这一梦想自始至终也没有成真。事实上，从磁带这项技术诞生之后，就有各种技术想要替代磁带技术。
1987年，Storage Tek（后来被SUN并购）自动磁带库的成功问世，标志着磁带的发展进入了第二个时期，这个时期也被StorageTek称为“近线时代”。此前的离线磁带存储需要耗用大量的人工劳动，而自动磁带库诞生以后，“近线”成为介于在线磁盘存储和离线人工操作的磁带存储之间的新型存储形式的标准名称。自动存储服务消除了以前手动磁带操作过程中容易引发的问题。可以说，Storage Tek的近线解决方案为磁带工业的继续发展注入了新的活力。在第二个时期末，自动磁带库不再专用于主机，很多非主机计算市场也采用了自动带库。Storage Tek成为了自动带库领域无可争议的领导者。从1997年开始，IBM和Storage Tek开始了对虚拟化的探索，创新性地提出了用于大型主机的虚拟带库理念。
从二十一世纪开始磁带悄悄进入了第三个发展阶段，到了2002年，磁带技术历经了其50年发展历程中最引人瞩目的技术突破：磁带盒的容量在这一年首次超过了最大的磁盘驱动器的容量，过去一个磁盘所能容纳的信息往往需要多盒磁带才能装下，但是现在情况完全相反，一盒磁带可以容纳多个磁盘数据。
一说到磁带存储，可能大部分人认为这东西早该进博物馆了。但事实并非如此，磁带存储依然很坚强。未来磁带有望继续以比磁盘快的速度提升容量，从而拉开与磁盘的性价比差异。整个IT行业正逐步意识到，从长期方向的角度来看，磁带具有更明显的优势与潜力。尽管低成本的SATA磁盘成为一种普遍的备份、恢复选择，但是很多企业仍然把磁带作为备份和恢复的介质。然而，磁带产品的更大空间在于固定内容、归档和法规遵从应用。据估计这些应用的年增长率在60%到90%之间，是存储产业增幅最快的部分。数字化存储的增长和数据对于企业业务的重要性，要求未来的企业磁带产品以更优的性能、更高的可靠性和更少的人工管理投入，支持24×7全天候运行。从磁带的技术发展前景看，磁带完全能够不辱使命。
硬盘
如果说用磁带存储技术离咱们很远，那么硬盘技术各位应该很熟悉吧？当电脑变成生活必需品之后，用硬盘来存储数据也变成非常自然的事情。恐怕各位中的大多数也就仅仅记得GB时代之后的事情。除了那些高清发烧友，如今咱们得到的容量已经超过了咱们的日常需要。但是在53年前，人们又是怎么看硬盘的呢？
1956年9月，著名的IBM的公司的一个工程小组将世界上首个“硬盘”展示给了大家，它并不是咱们现在所说的完整意义上的硬盘，它仅仅是一个磁盘储存系统，现在来看较为落后的机械组件，庞大的占地面积，不由让人胆寒。它的名字叫做IBM350 RAMAC（Random Access Method ofAccounting and Control）。这块硬盘重达一吨，但是仅仅只能存储5MB，还没某些家伙电脑里存放小电影BT种子的文件夹大。这个硬盘一共使用了50个直径为24英寸的磁盘盘片，由一台电动机带动，只有一个磁头，磁头上下前后运动寻找要读写的磁道。盘片上每平方英寸的数据密度只有2000bit，数据处理能力为1.1KB/s。当时推出的价格是35，000美元，平均每MB要有7000美元，按这样来算，咱现在可以骄傲地说在数据方面咱是亿万富翁。
1973年，IBM颠覆了之前自己的设计，重新提出了“温彻斯特”（Winchester）技术的可行性。“温彻斯特”技术的精髓在于提出了：“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”，磁头在平整的磁性表面存储和检索数字数据。信息通过离磁性表面很近的写头，由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上。这也是咱们现在硬盘所走的道路。
1980年，两位前IBM员工创立的公司开发出5.25英寸规格的5MB硬盘，这是首款面向台式机的产品，而该公司正是希捷（Seagate）公司。看来不管是什么存储，只要是带电的都和IBM有点关系。80年代末期IBM又为电脑行业作了一项巨大的贡献，推出了名为MR（Magneto Resistive，磁阻）技术的东西，这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感，使得盘片的存储密度能够比以往每英寸20MB的容量提高了数十倍，他工作方式在于将读写两个磁头分开，读写磁头不再具电感特性，而是对磁场变化相当敏感的电阻特性磁头，从而提高了盘片密度，达到200MB/in2，而使用传统的磁头只能达到20MB/in2，这也是MR磁头的先进之处，也是后来被广泛应用的原因。1991年，IBM应用MR技术推出了首款3.5英寸的1GB硬盘，这可是当时的首个GB级别的硬盘哦！后来，这也成为了以后台式机硬盘的标准。
90年代后期，GMR磁头技术问世了。GMR是Giant Magneto Resistive的缩写，中文名称被咱们叫做巨磁阻磁头，它与MR磁头同样是采用了特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据，但唯一的不同之处在于巨磁阻磁头利用了磁阻效应，使用了更好的材料和多层薄膜结构，所以它增强了读取的敏感度，相同的磁场变化能引起更大的电阻值变化，从而可以实现更高的存储密度。现有的MR磁头能够达到的盘片密度为3Gbit～5Gbit/in2，而GMR磁头可以达到10Gbit～40Gbit/in2以上。
1999年，这是硬盘史的一个转折点，这之前硬盘一直在6.4GB晃悠。然而就在这年，著名的硬盘公司迈拓推出了DiamondMax40产品，也就是钻石九代。单碟磁盘容量达到了前所未有的10GB，这个技术大大普及了大容量硬盘的民用，之后的电视购物里咱们才能听到“海量存储，20GB超大硬盘，怎么存也存不完！”之类的广告，现在想想真是好笑，连一部高清电影都存不下。
2000年3月16日又是IBM，它将自己苦心研究多年的“玻璃盘片”拿出台面，并且推出了两款采用这个盘片的硬盘，这就是IBM的Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV。此两款硬盘均使用玻璃取代传统的铝作为盘片材料，这能为硬盘带来更大的平滑性及更高的坚固性。但是IBM可谓一失足成千古恨，两年后，使用“玻璃盘片”的硬盘纷纷暴漏出严重的质量问题，虽然之后推出的硬盘又重新采用铝片技术，但是消费者数据丢失的阴影是不能抹去的，就是因为这个“玻璃盘片”不得不把硬盘部门转手给日立，这也是为什么现在日立的硬盘在市场上价格较低的原因，他们希望通过低价来挽回当年IBM事件中丢失的客户群。
2002年，希捷发布了Barracuda Serial ATA硬盘，也就是咱们现在经常说的串口硬盘。希捷还展示了其最新的垂直磁性记录技术，这项技术使磁盘每英寸密度可达100GB。
在这一年，希捷还展示了Heat-Assis tedMagnetic Recording（热辅助磁记录）技术，HAMR将大大提高数据存储的性能、容量和可靠性。这时候的硬盘价格已经是20元/GB了，和最早硬盘已经是天壤之别了，不过和咱们今天用的硬盘比还是微贵。2007年，日立、西数、希捷、三星四大硬盘制造厂商先后推出了它们的1TB硬盘，硬盘从此进入TB时代。
软盘
说起磁性存储，咱们应该很容易就想起软盘。当年，这东西对于有PC的人来说还是相当方便的随身存储设备。如今，这东西几乎已经在市场上销声匿迹。但是它却在咱天朝宝刀未老，因为咱天朝的计算机等级考试如同咱天朝的教育体制一样，还处在1.44MB软盘的“石器时代”，真不知道“相关部门”里都是些什么样的“绝世高人”？既然软盘这“复古”的玩意儿在天朝如此“流行”，那咱就给各位“不明真相的群众”聊聊。
很多人都以为软盘的出现早于硬盘，其实不然。1967年，又是那家叫IBM的公司推出世界上第一张直径32英寸的巨型“软盘”。1971年，IBM公司里一个叫艾伦·舒加特（Alan Shugart）的家伙搞出一种直径8英寸，表面涂有金属氧化物的塑料质磁盘，这就是咱们常说的标准软盘的鼻祖，这玩意儿当时的标准容量只有可怜的81KB。1976年，还是那个叫艾伦·舒加特的家伙研制出5.25英寸的软盘，售价高达390美刀，后来这套玩意儿用在IBM早期的PC中。艾伦·舒加特后离开IBM创办了希捷（Seagate）公司，他也被尊为磁盘之父。1979年，索尼公司推出了3.5英寸的双面软盘，容量875KB，到1983年达到1MB。后来，这种3.5英寸软盘的容量达到1.44MB，并称在很长一段时间内都是PC的标准数据传输方式之一。不过这东西也很脆弱，不能划伤盘片，盘片不能变形、不能受高温、不能受潮、不能靠近磁性物质。最终，随着闪存的风靡、光盘刻录的发展和网络应用的普及，这东西退出了历史舞台。
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