【IT168 技术】在前面四篇文章中，我们介绍了磁盘的工作原理及相关知识，在本文中，我们将重点讲解如何对磁盘的容量以及密度进行测量，并对影响磁盘速度的相关因素进行简要分析。

　　容量测量

　　在1998年12月，国际电工委员会(IEC)推出IEC国际标准，规范了数据处理和数据传输领域使用的二进制前缀名称和符号。而在此之前，对于megabyte是否代笔哦100万字节(106)或者1 048 576字节(220)存在很多混淆。即便如此，这些新的前缀尚未广泛普及，现在仍然存在一些混淆。下图显示的是用于测量磁驱动器容量使用的单位缩写。

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　　根据这个前缀标准，1 mebibyte (1 MiB = 220 B = 1 048 576 B)和1 megabyte (1 MB = 106 B = 1 000 000 B)并不相等。因为这些前缀并没有广泛使用(可能永远也不会被广泛使用)，在大多数情况下，M既可以表示十进制数百位字节，也可以表示二进制兆字节。同样，G通常被用来表示十进制十亿字节和二进制千兆字节。一般情况下，内存值使用二进制值来表示，而磁盘容量两种都可以。这导致在报告磁盘容量时总是存在混淆，因为很多制造商往往使用让他们的商品看起来更好的数值。举例来说，驱动器容量通常是以十进制十亿来表示(G-Giga)，而大多数BIOS芯片和操作系统，例如Windows FDISK，是使用二进制千兆字节(Gi-Gibi)来表示。请注意，当bit和byte用于其他测量时，bite和byte的区别通常使用小写b或大写B来区分，例如，megabit通常是用小写b，Mb/s表示兆位每秒，而MB/s表示兆字节每秒。

　　磁盘密度

　　磁盘密度通常被用作硬盘驱动器行业的技术增长率指标，磁盘密度是线性每英寸位(BPI)(测量磁盘磁道长度)，乘以每英寸磁道数量(TPI)(测量磁盘径向)的结果。结果使用的单位是每平方英寸的兆位或千兆位，用来衡量驱动器记录技术的有效性。目前高容量驱动器的磁盘密度已经超过400 Gb/sq. inch。

　　驱动器采用导轨形式来记录数据，也就是磁盘上的圆形带。每个磁道分成几个扇区。下面第二张图显示的是一个真正的软盘，磁道和扇区都清晰可见，这个磁盘是5 1/4-inch 360 KB的软盘，每面有40个磁道，每个磁道被分为9个扇区(如图所示)。

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　　第9个扇区比其他扇区要长，这能够确保驱动器之间的转速差异，这样所有的数据可以在运行到磁道前被写入。

　　自1956年第一个磁存储驱动器(IBM RAMAC，磁录密度为2 Kb/sq. inch)面世以来，磁录密度一直在稳步上升，初期平均每年增长约25%(每四年翻一番)，然而在20世纪90年代，增长率达到每年60%(每一年半翻一番)。随后1991年MR磁头，1997年GMR磁头和2001年AFC介质的推出让磁录密度增长率达到每年100%。密度增长的速度非常惊人。在RAMAC驱动器推出后的50多年，磁存储的磁录密度增长率已经超过2亿倍，从2 Kb/sq. inch增长到2010年3TB驱动器的500 Gb/sq. inch。

　　目前的驱动器使用的是垂直记录技术，这种技术结合了具有非常高矫顽磁力介质，能够使未来磁存储密度达到1000 Gb/sq. inch或以上。科学家和工程师们也开始将目光投向其他未来技术，例如规则介质(patterned media)，可以让磁盘更加紧密结合而不互相干扰，以及全息存储(holographic storage)，一种利用激光束将计算机数据以三维方式进行存储的技术。

　　下图显示了磁盘密度的发展图。

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　　为了增加磁录密度，同时保持相同的外部驱动器形成因素，驱动器供应商已经开发出了介质和磁头技术来支持这些更高的磁录密度，例如陶瓷/玻璃盘片、GMR磁头、向准接触读写(pseudo-contact recording)和PRML电子。实现更高密度面临的主要挑战是驱动器磁头和磁盘能够以更小容错来运行。容错方面的改进和使用更多的盘片可以提高驱动器容量，但是驱动器制造商仍然在寻求更大的容量改进，通过改善当前使用技术和开发新的技术。

　　为了在给定大小的盘片存储更多数据，你必须让磁道更加紧密地联系在一起，磁头必须能够实现更高的精准度。这也意味着，随着硬盘容量的增加，磁头浮动必须更加接近磁面。在某些驱动器磁头和磁盘的距离接近10纳米(0.01微米)，几乎等于细胞膜的厚度。相比之下，人类头发直径约为80微米，比某些磁头和磁盘的距离要厚8000倍。

　　垂直磁记录(PMR)

　　原来所有硬盘驱动器和其他类型的磁介质使用纵向记录来记录数据，也就是在介质水平存储磁信号。然而，现在使用垂直记录技术来实现更高的数据密度，因为垂直记录比纵向存储使用的空间要少。几乎所有主要驱动器供应商都采用垂直记录技术来实现更高信号密度。

　　传统磁记录是纵向放置磁畴，这样不仅限制了磁畴的密度，而且造成超顺磁效应。很久以前，人们就意识到，如果可以垂直放置磁畴，密度可以显著提高，还可以避免超顺磁效应。虽然这个概念很容易理解，但实际执行起来却很困难。

　　与GMR磁头和AFC介质不同(这两种都可以相对容易地整合到现有驱动器)，垂直记录需要全新的读取/写入磁头设计。下图展示的是垂直记录和纵向记录的区别。对于相同的空间，纵向记录占用的位置至少是垂直记录的两倍。

　　采用垂直记录技术，磁头能够深深地写入介质，使用较厚的软磁性底层作为磁场返回路径。这使磁畴垂直对齐，从而使其更加紧密地结合，而不会出现不必要的交互问题。

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　　丹麦科学家Valdemar Poulsen在十九世纪末期首次展示了垂直记录，他也是第一个证明声音可以磁录的人。之后垂直记录技术一直没有进步，直到1976年，日本科学家Dr. Shun-ichi Iwasaki验证了垂直记录存在显著的密度优势。然后到1978年，Dr. T. Fujiwara开始对对垂直记录技术进行深入研究，并最终推出了第一款使用垂直记录技术的商用磁存储设备。

　　垂直记录最早在计算机中的应用出现在东芝于1987年正式推出的3.5英寸2.88MB ED(超高密度)软盘格式的计算机中，ED驱动器和磁盘在1989年才开始投入市场。在1991年，IBM在其PS/2系统中采用了这种驱动器，一些制造商开始为IBM和其他计算机制造商提供这种驱动器，包括东芝、三菱、索尼和松下。因为2.88 MB ED驱动器可以完全读取和写入1.44 MB HD磁盘(由于BIOS制造商在BIOS中完全支持2.88 MB软盘)，并且DOS 5.0和随后增加的对2.88 MB格式的支持，采用2.88 MB成为理所当然的事情。不过，由于高昂的介质成本以及数据容量增加相对较低，这些驱动器并没有广泛普及。

　　除了2.88 MB ED软盘外，东芝和其他公司开始继续为其他介质(特别是硬盘驱动器)开发垂直磁记录。不过，他们发现垂直记录在硬盘驱动器方面的应用有点过于超前，因为现有技术已经根深蒂固，并且密度的快速发展已经让存储行业难以消化。

　　在2002年4月，读取/写入磁头主要生产商Read-Rite公司采用Maxtor子公司MMC公司提供的介质，在原型驱动器中磁录密度达到130 Gb/sq. inch。在2002年11月，希捷公司宣布已经实现100 Gb/sq. inch的磁录密度。根据2000年发布的两项独立调查显示，垂直记录预计在未来将让磁录密度达到1000Gb(1兆位)每平方英寸，这个预言相信会成真。

　　在2005年8月16日，东芝的存储设备部门宣布推出世界上第一个使用垂直记录技术的硬盘驱动器，标志着垂直记录技术终于开始应用于商业硬盘驱动器中。