多多益善——1999年硬盘技术回顾 龚师傅 1999年 第46期 24版 　　硬盘是电脑系统中最重要的部件之一，各种软件、数据都需要保存到硬盘上，其性能的好坏直接影响到整个系统的效率。1999年硬盘也像PC机的其他部件一样，在速度、容量和可靠性等方面都有了飞速的发展，各类硬盘新技术层出不穷，先进技术的注入为硬盘的迅速发展提供了最佳的动力。 #1　　一、新型磁头技术 　　作为硬盘核心的磁头一直是硬盘技术发展的关键。目前一些新型的磁头技术正在得到广泛应用，有效提高了硬盘的存储密度。 　　1.GMR（GiantMagnetoresistive）巨磁阻磁头 　　1997年IBM推出了第一款使用GMR磁头的硬盘产品Deskstar 16GP，现在IBM和富士通的硬盘多数都已采用GMR磁头，昆腾最近也推出了使用GMR磁头的两款火球硬盘。GMR磁头与MR磁头一样，是利用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，但是GMR磁头使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，比MR磁头更为敏感，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。GMR磁头已经处于成熟推广期，在今后的数年中，它将会逐步取代MR磁头，成为最流行的磁头技术。 　　2.OAW（Optically Assisted Winchester）光学辅助温氏技术 　　这是Seagate正在开发的一种新型磁头技术，它把传统的磁读写头和低强度激光束结合在一起，激光束通过光纤进入磁头，再通过一个微电机驱动的镜子反射到磁盘表面，从而实现磁头的精确定位。Seagate认为OAW技术能够在1英寸宽的范围内写入105000个以上的磁道，硬盘单碟容量可达36GB以上，但该技术要进入实用阶段还须一段时间。 #1　　二、高转速、大缓存 　　严格地讲，转速和缓存等方面的发展并不算新技术，但这些对硬盘的速度和性能有着很大的影响。 　　1.更高的主轴电机转速 　　目前大多数硬盘的主轴电机转速一般都在5400转以上。理论上说，转速越快，硬盘的速度越快，但提高转速受到散热、稳定性等多方面的制约，因此硬盘转速的提高是有限度的。今年E－IDE接口硬盘的转速已开始跨越5400RPM（转/分），逐步转向7200RPM。 　　2.ULTRADSP（超级数字信号处理器）的应用 　　DSP每秒可以处理数千万条指令，处理数学运算时较一般的CPU快10～50倍，Maxtor在硬盘厂商中率先引入了此项技术，用于缩短硬盘的平均寻道时间，采用ULTRADSP技术，其单一的DSP芯片可同时提供处理器及驱动接口的双重功能，减少了其它电子零件的使用，可大幅度提高硬盘的速度可靠性。 　　3.更大的硬盘高速缓存 　　由于硬盘内部传输速率和接口传输速率并不一致，缓存在硬盘的读写部件和接口之间起着缓冲调节的作用，通过预读取技术可以在缓存中暂时存储少量数据。与CPU的高速缓存一样，硬盘拥有缓存越多性能就越好，1999年的E－IDE硬盘普遍采用512K以上的高速缓存，部分型号产品已配有2MB甚至4MB的缓存。 #1　　三、日新月异的硬盘保护技术 　　硬盘上的数据资料往往比硬盘本身的价值高得多，因此提供完善的数据保护技术显得十分重要。尤其是当前硬盘正朝着高单碟容量、高密度磁道、高传输速率等方向发展，任何一点撞击或磁头读写的偏差都可能造成数据错误或丢失，因而先进的防震系统和优秀的数据保护技术无疑可以提供最佳的存储环境，除了广为应用的S.M.A.R.T（自动检测、分析及报告技术）外，各家厂商都有自己特有的技术推出。（^462401a^） 　　1.SPS和DPS技术 　　SPS（Shock Protection System）震动保护系统。由昆腾公司开发，它在硬盘受到撞击时，能够保持磁头不受震动，磁头和磁头臂停泊在盘片上，冲击能量被硬盘其他部分吸收，这样能有效地提高硬盘的抗震性能，使硬盘在运输、使用及安装的过程中最大限度地免受震动的损坏。 　　DPS（Data Protection System）数据保护系统。DPS可快速自动检测硬盘的每一个扇区，并在硬盘的前300M空间定位存放操作系统或其他应用系统的重要部分。当系统发生问题时，DPS可以在90秒内自动检测并恢复系统数据，即使系统无法自举，也可以用包含DPS的系统软盘启动系统，再通过DPS自动检测并分析故障原因，尽可能保证数据不被丢失。 　　2.ShockBlock和MaxSafe技术 　　ShockBlock是迈拓公司在其金钻二代硬盘上使用的防震技术，它的设计思路和昆腾的SPS相似，在意外碰撞发生时，尽可能避免磁头和磁盘表面发生撞击，减少因此而引起的磁盘表面损坏。 　　MaxSafe同样也是金钻二代拥有的独特数据保护技术，它可以自动侦测、诊断和修正硬盘发生的问题，提供更高的数据完整性和可靠度。Maxsafe技术的核心是ECC（Error Correction Code错误纠正代码）功能，它在数据传输过程中采用特殊的编码算法，加入附加的ECC检验位代码并保存在硬盘上，当数据重新读出或写入时，通过解码方式去除额外的检验位和原来保存的数据对照，如果编码和解码过程中发生错误，将重新读出数据并保持数据的完整性。 　　3.Seashield和DST技术 　　Seashield是Seagate公司推出的新防震保护技术。Seashield提供了由减震弹性材料制成的保护软罩，配合磁头臂及盘片间的加强防震设计，为硬盘提供了高达300G的非操作防震能力。另一方面它也提供了印刷电路底板静电放电硬罩及其他防损害措施，保证硬盘的可靠性。 　　DriveSelfTest（DST，驱动器自我测试）功能是Seagate新增的数据保护技术，它内建在硬盘的固件中，提供数据的自我检测和诊断功能，在用户卸下硬盘时先进行测试诊断，避免数据无谓的丢失。 　　4.DFT技术 　　DFT（DriveFitnessTest，驱动器健康检测）技术是IBM公司为其PC硬盘开发的数据保护技术，它通过使用DFT程序访问IBM硬盘里的DFT微代码对硬盘进行检测，可以让用户方便快捷地检测硬盘的运转状况。DFT微代码可以自动对错误事件进行登记，并将登记数据保存到硬盘的保留区域中。DFT微代码还可以实时对硬盘进行物理分析，如通过读取伺服位置错误信号来计算出盘片交换、伺服稳定性、重复移动等参数，并给出图形供用户或技术人员参考。这是一个全新的观念，硬盘子系统的控制信号可以被用来分析硬盘本身的机械状况。 #1　　四、新型接口技术 　　硬盘接口是影响硬盘性能的重要因素。硬盘在计算机数据存储领域扮演着至关重要的角色，越来越多的新型应用对硬盘的性能提出了更高要求，主要的改进着眼点在于硬盘设备的数据传输速率、数据完整性和可管理性，这对硬盘的接口提出了挑战。 　　1.Ultra DMA/66 　　同Ultra DMA/33一样，Ultra DMA/66接口规格也是由Quantum公司和Intel公司联合推出的一种最新的ATA/IDE接口协议，Ultra DMA/66的优点并不仅仅在于提高了数据传输率，它还提高了传输数据的完整性，原因就在于它使用了独特的传输线和从Ultra DMA/33时代起就采用的CRC（Cyclical Redundancy Check，循环冗余校验）技术。其传输线的独特之处在于，接口虽然仍是40pin，但线缆数却是80根，即在传统的40pin标准IDE信号线和地线之间又穿插了40条外加的地线，以便在有效地降低信号线之间的串扰现象的同时，还保持了与目前40pin排针的兼容。当然，如果使用普通的硬盘线，其结果只能是把Ultra DMA/66当作Ultra DMA/33接口的硬盘来使用。（^462401b^） 　　目前主要的几家硬盘制造厂商：IBM、Fujitsu、Maxtor、Seagate、WesternDigital已经认可这一新技术，Acer、Compaq、Dell等公司也已决定在以后生产的新型计算机中采用新型硬盘，这一技术规范已成为当前E－IDE硬盘事实上的标准。 　　2.Ultra160/m SCSI 　　Ultra160/m是不断发展的SCSI接口的最新成果，传输速率高达160MB/s。Ultra160/m利用了请求/回应信号的上升沿和下降沿来定时数据信号，这种双重转换定时技术把SCSI总线上的数据线时钟频率从Ultra2SCSI（LVD）的40MHz提高到了80MHz，从而使得数据传输速率提高了一倍，在16位宽度下达到了160MB/s。为了在高速率下保证数据传输的正确性，Ultra160/m还加入CRC循环冗余纠错技术，此外，Ultra160/m引入DomainValidation（域确认）技术，硬盘可以自动侦测存储系统的硬件配置及工作状况，并根据需要调整传输模式，以提高传输过程中的可靠性。 　　3.光纤接口 　　光纤通道技术具有数据传输速率高、数据传输距离远以及可简化大型存储系统设计的优点。目前，光纤通道支持每秒200MB的数据传输速率，可以在一个环路上容纳多达127个驱动器，局域电缆可在25米范围内运行，远程电缆可在10公里范围内运行。某些专门的存储应用领域，例如小型存储区域网络（SAN）以及数码视像应用，往往需要高达每秒200MB的数据传输速率和强劲的联网能力，光纤通道技术的推出正适应了这一需求。同时，其超长的数据传输距离，大大方便了远程通信的技术实施。（^462401c^） 　　4.IEEE1394规范接口 　　虽然UltraATA接口的数据传输速度达到了66MBps，Ultra2SCSI接口的双工传输速度达到160MBps，而光纤通道（FC－AL）的数据传输速度已经达到200MBps，但是这与硬盘的速度需要以及降低成本的需要还有不小的差距。IEEE1394又称为Firewire（火线）或P1394，它是一种高速串行总线，现有的IEEE1394标准支持100MBps、200MBps和400MBps的传输速率，将来会达到800MBps、1600MBps、3200MBps甚至更高。 　　IEEE1394接口有两个最大的好处：其一，极高的数据传输速度，IEEE1394可以提供高达GBps级的高速同步数据传输速度，其二，IEEE1394是一个标准接口，它的出台使硬盘厂商可以实施标准化的设计。IEEE1394不仅仅支持硬盘，还支持其它许多设备，而且还支持热插拔。IEEE1394将来有望取代现有的SCSI总线和IDE接口，但是由于成本较高和技术上还不够成熟等原因，目前仍然只有少量使用IEEE1394接口的产品，硬盘就更少了。 #1　　五、结语 　　新技术的广泛应用和普及，硬盘产品无论在性能还是速度上都有极大的提升，加之硬盘保护技术逐渐被众多厂商的认同，产品的可靠性也随之加强。同时单碟容量的增加，使得产品整体成本大为降低，大容量硬盘的高性价比充分得以体现。纵观1999年硬盘产品，更高、更快、更大的特征成为贯穿整体发展的一条总线，大容量硬盘成为主流也已是必然趋势。