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一、容量
容量恐怕是最能體現(xiàn)硬盤發(fā)展速度的了，從當(dāng)初IBM發(fā)布世界上第一款5MB容量的硬盤到現(xiàn)在，硬盤的容量已經(jīng)從幾十、幾百M(fèi)B增加到了上百GB，硬盤容量的增加主要通過增加單碟容量和增加盤片數(shù)來實(shí)現(xiàn)。單碟容量就是硬盤盤體內(nèi)每張盤片的最大容量，每塊硬盤內(nèi)部有若干張碟片，所有碟片的容量之和就是硬盤的總?cè)萘俊１热缦＝菘狒~Ⅳ 60GB硬盤，其單碟容量為40GB，由兩張碟片組成，其中一張為40GB（雙面）、另一張為20GB（單面）。

  1、 硬盤的發(fā)展突破了多次容量限制
單碟容量的增長可以帶來三個(gè)好處：第一是硬盤容量的提高。由于硬盤盤體內(nèi)一般只能容納4到5張碟片，所以硬盤總?cè)萘康脑鲩L只能通過增加單碟容量來實(shí)現(xiàn)；二是傳輸速度的增加，因?yàn)楸P片的表面積是一定的，那么只有增加單位面積內(nèi)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)密度。這樣一來，磁頭在通過相同的距離時(shí)就能讀取更多的數(shù)據(jù)，對(duì)于連續(xù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來說，性能提升非常明顯；三是成本下降。舉例來講，同樣是40GB的硬盤，若單碟容量為10GB，那么需要4張盤片和8個(gè)磁頭，要是單碟容量上升為20GB，那么需要2張盤片和4個(gè)磁頭，對(duì)于單碟容量達(dá)40GB的硬盤來說，只要1張盤片和2個(gè)磁頭就夠了，能夠節(jié)約很多成本。目前硬盤單碟容量正在飛速增加，但硬盤的總?cè)萘吭鲩L速度卻沒有這么快，這正是增加單碟容量并減少盤片數(shù)的結(jié)果，出于成本和價(jià)格兩方面的考慮，兩張盤片是個(gè)比較理想的平衡點(diǎn)。

不過單碟容量的飛速增加也帶來了兩個(gè)問題：首先是AMR（Anisotropic Magneto Resistive，各項(xiàng)異性磁阻）的薄膜的電阻變化量有一定限度，所以AMR磁頭的靈敏度也存在極限—— 476Mbit～794Mbit/平方厘米；其次是硬盤的總?cè)萘渴艿?8bit寄存器的限制，最多只能達(dá)到137.4GB。

2、GMR巨磁阻磁頭
GMR（Giant Magneto Resistive，巨磁阻）磁頭與AMR磁頭一樣，核心是一片特殊金屬材料，其電阻隨磁場的變化而變化。磁阻元件連接著一個(gè)十分敏感的放大器，可以測出微小的電阻變化，通過這種微小的變化就可以讀出盤片上記錄的數(shù)據(jù)。只不過GMR磁頭使用了磁阻效應(yīng)更好的材料和多層薄膜結(jié)構(gòu)，比AMR磁頭更為敏感，相同的磁場變化能引起更大的電阻值變化，從而實(shí)現(xiàn)更高的存儲(chǔ)密度，GMR磁頭的存儲(chǔ)密度能夠達(dá)到1.55Gbit～6.2Gbit/平方厘米以上。

3、Big Drives
硬盤的容量及扇區(qū)地址與三個(gè)方面息息相關(guān)：柱面數(shù)（Cylinder）、磁頭數(shù)（Head）和扇區(qū)數(shù)（Sector），統(tǒng)稱CHS。這三個(gè)數(shù)值的寄存器位數(shù)決定了硬盤的最大容量，目前這3個(gè)寄存器的位數(shù)分別為16bit、8bit、4bit，總計(jì)28bit。這樣即使是通過LBA尋址方式，也只能訪問268,435,455個(gè)扇區(qū)，按每扇區(qū)512字節(jié)計(jì)算，總?cè)萘考s為137.4GB。鑒于此種狀況，邁拓（Maxtor）提出了一種叫做Big Drives的解決方案，為CHS的每個(gè)數(shù)值分配了一個(gè)16bit的寄存器，一共48bit，這樣算來通過LBA尋址方式就能訪問281,474,976,710,655個(gè)扇區(qū)，最大容量高達(dá)144PetaByte，合144,000,000GB。

二、轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)速是指硬盤內(nèi)盤片轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，單位為RPM（Round Per Minute，轉(zhuǎn)/分鐘），有時(shí)也簡寫成“轉(zhuǎn)”。目前市場上IDE硬盤的轉(zhuǎn)速主要分5400RPM和7200RPM兩種，當(dāng)初昆騰曾經(jīng)推出過兩個(gè)轉(zhuǎn)速分別為4400RPM和4500RPM的硬盤系列——lct15和lct20，但由于價(jià)格及發(fā)熱量并沒有比5400RPM硬盤降低多少，而性能卻有所下降，因此沒能得到市場的廣泛認(rèn)同。

從測試及實(shí)際應(yīng)用等各個(gè)方面來看，5400RPM硬盤和7200RPM硬盤之間確實(shí)存在著一定性能差距，不過7200RPM硬盤的發(fā)熱量、噪音以及性價(jià)比等方面均比5400RPM硬盤略遜一籌，而且現(xiàn)在的應(yīng)用軟件對(duì)于硬盤速度的要求并不很高，5400RPM硬盤完全能夠滿足絕大多數(shù)普通家庭的需要。況且隨著單碟容量大幅度提升，轉(zhuǎn)速對(duì)硬盤整體性能的影響已經(jīng)不像以前那么大了，當(dāng)初希捷U6系列硬盤推出之時(shí)，高達(dá)40GB的單碟容量使它在持續(xù)傳輸率等方面甚至比部分7200RPM的硬盤還要強(qiáng)。所以今后IDE硬盤的轉(zhuǎn)速仍然會(huì)保持在現(xiàn)在的水平并維持一段時(shí)間。

三、緩存
緩存（Cache Buffer）的大小也是影響硬盤性能的重要因素之一。硬盤的緩存主要起三種作用：一是預(yù)讀取。當(dāng)硬盤受到CPU指令控制開始讀取數(shù)據(jù)時(shí)，硬盤上的控制芯片會(huì)控制磁頭把正在讀取的簇的下一個(gè)或者幾個(gè)簇中的數(shù)據(jù)讀到緩存中（由于硬盤上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)是比較連續(xù)的，所以讀取命中率較高），當(dāng)需要讀取下一個(gè)或者幾個(gè)簇中的數(shù)據(jù)的時(shí)候，硬盤則不需要再次讀取數(shù)據(jù)，直接把緩存中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)存中就可以了，由于緩存的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁頭讀寫的速度，所以能夠達(dá)到明顯改善性能的目的；二是對(duì)寫入動(dòng)作進(jìn)行緩存。當(dāng)硬盤接到寫入數(shù)據(jù)的指令之后，并不會(huì)馬上將數(shù)據(jù)寫入到盤片上，而是先暫時(shí)存儲(chǔ)在緩存里，然后發(fā)送一個(gè)“數(shù)據(jù)已寫入”的信號(hào)給系統(tǒng)，這時(shí)系統(tǒng)就會(huì)認(rèn)為數(shù)據(jù)已經(jīng)寫入，并繼續(xù)執(zhí)行下面的工作，而硬盤則在空閑（不進(jìn)行讀取或?qū)懭氲臅r(shí)候）時(shí)再將緩存中的數(shù)據(jù)寫入到盤片上。雖然對(duì)于寫入數(shù)據(jù)的性能有一定提升，但也不可避免地帶來了安全隱患——如果數(shù)據(jù)還在緩存里的時(shí)候突然掉電，那么這些數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。對(duì)于這個(gè)問題，硬盤廠商們自然也有解決辦法：掉電時(shí)，磁頭會(huì)借助慣性將緩存中的數(shù)據(jù)寫入零磁道以外的暫存區(qū)域，等到下次啟動(dòng)時(shí)再將這些數(shù)據(jù)寫入目的地；第三個(gè)作用就是臨時(shí)存儲(chǔ)最近訪問過的數(shù)據(jù)。有時(shí)候，某些數(shù)據(jù)是會(huì)經(jīng)常需要訪問的，硬盤內(nèi)部的緩存會(huì)將讀取比較頻繁的一些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在緩存中，再次讀取時(shí)就可以直接從緩存中直接傳輸。

硬盤緩存的大小決定了可存放數(shù)據(jù)的多少，但并不是說緩存越大性能就一定越好。目前主流硬盤的緩存多在2MB左右，沒有配備更大容量的緩存主要是出于緩存算法的考慮，更大容量的緩存需要更有效率的算法，否則性能不會(huì)有多大提升。當(dāng)然更大的緩存也是未來硬盤的一個(gè)發(fā)展方向，西部數(shù)據(jù)（WD）就推出了一款緩存容量高達(dá)8MB的硬盤產(chǎn)品，其性能表現(xiàn)請(qǐng)參考后面的評(píng)測部分文章，這里就不再贅述了。

四、平均尋道時(shí)間
平均尋道時(shí)間（Average Seek Time）是指當(dāng)硬盤接受到系統(tǒng)指令后，磁頭從開始移動(dòng)到到達(dá)數(shù)據(jù)所在磁道的平均時(shí)間，單位為毫秒（ms）。不同品牌、不同型號(hào)的產(chǎn)品其平均尋道時(shí)間也不一樣。一般來講，硬盤的轉(zhuǎn)速越高，其平均尋道時(shí)間就越低，但5400RPM硬盤與7200RPM硬盤之間平均尋道時(shí)間的差距并不僅僅是由于轉(zhuǎn)速造成的，廠商出于市場定位以及噪音等方面的考慮，有時(shí)也會(huì)人為地降低硬盤的平均尋道時(shí)間。

ultra ata接口規(guī)格一覽表

與平均尋道時(shí)間有關(guān)系的還有磁盤存取時(shí)間（Disk Access Time）和平均等待時(shí)間（Average Latency）。所謂平均等待時(shí)間是指硬盤把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到磁頭下方所需要的時(shí)間，這個(gè)數(shù)字與轉(zhuǎn)速是成反比的，但相對(duì)比較固定，5400RPM硬盤的平均等待時(shí)間一般為5.56ms，而7200RPM硬盤則是4.17ms。平均尋道時(shí)間加上平均等待時(shí)間就是磁盤存取時(shí)間。平均尋道時(shí)間的長短直接影響到磁盤在讀寫大量小文件以及非連續(xù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)時(shí)的性能表現(xiàn)，而要想提高存取大文件以及連續(xù)存儲(chǔ)的大量數(shù)據(jù)時(shí)的性能，則可以通過提升單碟容量來實(shí)現(xiàn)。

五、接口
隨著硬盤容量和速度的飛速增加，硬盤接口也經(jīng)歷了很多次革命性的改變，從最早的PIO模式到今天的串行ATA及UltraATA133，傳輸速率已經(jīng)翻了幾十倍。這里要說明一下，ATA（Advanced Technology Attachment）是一種接口，主要用于連接主板與各種存儲(chǔ)設(shè)備，其實(shí)也就是IDE（Integrated Drive Electronics），只不過叫法不同罷了。隨著硬盤內(nèi)部傳輸率逐漸上升，外部接口也必須提高傳輸速率才不至于成為數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的瓶頸，在這種環(huán)境下，串行ATA及UltraATA133規(guī)范誕生了。

SeaShell可以為硬盤提供全面保護(hù)

串行ATA規(guī)范是計(jì)算機(jī)行業(yè)工作組（Computer Industry's Working Group）制定的，這個(gè)工作組由邁拓（Maxtor）、APT、戴爾（Dell）、IBM、英特爾（Intel）以及希捷（Seagate）組成。串行ATA采用與并行ATA（也就是現(xiàn)在最常見的IDE）接口相同的傳輸協(xié)議，但硬件接口則不同，串行ATA接口的電壓更低，而且數(shù)據(jù)線也更少。

UltraATA133是邁拓提出的，是UltraATA100的后續(xù)規(guī)范，但它并沒有得到ATA官方組織T13的正式認(rèn)可，所以嚴(yán)格說來，UltraATA133應(yīng)該算是企業(yè)規(guī)范而非行業(yè)規(guī)范，或許直接叫它“Fast Dirves”更為妥當(dāng)。

由于串行ATA并不能向下兼容并行ATA設(shè)備，所以從并行ATA全面過渡到串行ATA要相當(dāng)長的一段時(shí)間，甚至可能會(huì)持續(xù)到2005年。在這期間，硬盤的發(fā)展速度不可能因此而停下來，UltraATA133等于是一種折中的解決方案，它很可能作為最后一種并行ATA接口規(guī)范，在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上起到相當(dāng)重要的作用。

六、保護(hù)技術(shù)
現(xiàn)在硬盤的容量越來越大，存儲(chǔ)在上面的數(shù)據(jù)也越來越多，數(shù)據(jù)的安全性問題逐漸暴露出來。硬盤廠商們不可能沒有意識(shí)到這一點(diǎn)，于是現(xiàn)在市場上的主流硬盤產(chǎn)品，全部都具有多種保護(hù)技術(shù)——從外到內(nèi)、從軟到硬，簡直武裝到了牙齒。

1、外包裝
為了防止撞擊或突然掉落造成的損壞，最簡單最便宜的辦法就是把硬盤多包幾層。例如希捷就開發(fā)了一種專門用來包裝硬盤的硬塑料盒——SeaShell，這是一種帶抗沖擊肋條的熱成形蛤殼狀外包裝，能夠明顯降低硬盤在搬運(yùn)和安裝過程中可能受到的損壞。如果一個(gè)硬盤從30厘米的高度直接掉落到水泥地面上，所受到的沖擊力將超過1000G，大多數(shù)情況下都會(huì)造成物理損傷。如果加上SeaShell包裝的話，所受到的沖擊力一般不會(huì)超過180G，對(duì)硬盤起到了非常明顯的保護(hù)作用。與此類似的還有邁拓的全系列硬盤，邁拓的正品硬盤全部都有紙制的環(huán)保保護(hù)材料，起到的保護(hù)作用與SeaShell是相同的。

2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)
在發(fā)生沖擊或震動(dòng)時(shí)，硬盤內(nèi)部的元件可能會(huì)損壞，最容易損壞的四種元件是馬達(dá)軸、磁頭、磁頭臂和盤片。從滾珠軸承的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中可以看出，在發(fā)生震動(dòng)的時(shí)候，震動(dòng)使?jié)L珠和軌道互相擠壓，滾珠和軌道就會(huì)發(fā)生變形，造成損壞，從而導(dǎo)致馬達(dá)失靈。解決這個(gè)問題有兩種辦法：一是換用較大的滾珠，這樣在震動(dòng)時(shí)能夠有更多的接觸面積來吸收震動(dòng)；二是干脆換用液動(dòng)軸承。

另外，所有硬盤在不接通電源的時(shí)候，磁頭都會(huì)停放在盤片最內(nèi)圈的CSS（Contact Start/Stop，接觸啟/停）區(qū)，也叫“著陸區(qū)”，著陸區(qū)不會(huì)用來存儲(chǔ)任何數(shù)據(jù)，即使震動(dòng)也不會(huì)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的區(qū)域產(chǎn)生直接影響。但震動(dòng)足夠強(qiáng)就可能發(fā)生損壞現(xiàn)象，因?yàn)榇蓬^是通過磁頭臂固定的，如果磁頭受到震動(dòng)偏離盤片，磁頭臂的彈力就會(huì)使磁頭重新附著在盤片上，這個(gè)過程中可能會(huì)損壞盤片并留下顆粒。雖然盤片的數(shù)據(jù)區(qū)并沒有受到直接影響，但遺留下的顆粒對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的盤片來說無疑是致命的，盤片上很快就會(huì)出現(xiàn)各種劃傷，進(jìn)而完全報(bào)廢。

廠商們通過以下幾個(gè)方面的改進(jìn)在一定程度上解決了這個(gè)問題：首先是增加了磁頭、磁頭臂等部件的緊密程度，這樣一來在受到震動(dòng)的時(shí)候，硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形程度就減小了，磁頭受到的震動(dòng)也會(huì)降低；另外就是減少磁頭的重量，由于重量減少了，所以對(duì)磁頭臂的推力也會(huì)減小，也就降低了磁頭從盤片表面偏離的可能性。

3、自我檢查
除了改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來加強(qiáng)硬盤的可靠性外，硬盤的自我檢查能力也是必不可少的。現(xiàn)在市場上幾乎所有的硬盤產(chǎn)品都具備基于S.M.A.R.T.技術(shù)的自檢能力，這種技術(shù)的全稱為Self Monitoring Analysis and Reporting Technology，即“自我監(jiān)測分析及報(bào)告技術(shù)”。這種技術(shù)可以在BIOS的配合下自動(dòng)監(jiān)測硬盤的工作狀態(tài)，由硬盤內(nèi)部的監(jiān)測電路和系統(tǒng)中運(yùn)行的監(jiān)測軟件將硬盤當(dāng)前的運(yùn)行情況與歷史記錄和預(yù)設(shè)的安全值進(jìn)行分析比較，當(dāng)出現(xiàn)安全值范圍以外的情況時(shí)，則自動(dòng)向用戶發(fā)出警告。通過S.M.A.R.T.技術(shù)可以對(duì)硬盤潛在故障進(jìn)行有效預(yù)測，提高數(shù)據(jù)的安全性。不過S.M.A.R.T.技術(shù)并不是萬能的，它只能對(duì)漸發(fā)性的故障進(jìn)行監(jiān)測，而對(duì)于一些突發(fā)性的故障，S.M.A.R.T.技術(shù)就無能為力了。