硬件系列猪----主流服务器硬盘技术介绍

硬件系列猪----主流服务器硬盘技术介绍

不可否认，这两年硬盘技术发展非常快，硬盘的性能得到较大幅度的提升，从让整机的系统性能得到一定改善。硬盘低下的性能还是拉低了整体性能，瓶颈还是没有得到突破，要提升硬盘的性能，只能从如下的一些方面着手。

　　1.采用先进的制造工艺，提高磁头的信噪比，提高单碟容量，增加硬盘整体容量。

　　2.采用新技术，提高主轴电机转速，从而减小硬盘的平均寻道时间，加快硬盘数据传输速度。

　　3.采用更先进的硬盘附加技术，以使硬盘的工作稳定性及数据完整性与安全性提高到一个新的高度，延长硬盘使用寿命。

　　这里面读写磁头的作用最大，无论增加硬盘容量还是提升数据传输速率，都离不开磁头技术的发展，数据的读写都是通过磁头来完成的。早期的磁头属于磁电感应式，读写都是同一个磁头，读写合一的磁头设计上比较简单，成本较低。但是由于读、写操作的不同，这种二合一磁头就必须要同时兼顾到读/写两种特性，对磁盘的信号读取或者写入的时候有较大的偏差，而且盘片上磁道很密集的时候，它就没有办法进行操作，导致单碟容量上不去。根据这个原因，后面的磁头技术发展开始将读写磁头进行分离，这样就有两个磁头，一个负责读取，一个负责写入。MR(磁阻磁头技术)磁头就是采用这种分离式的磁头结构：写入磁头仍采用磁感应磁头，而MR磁头则作为读取磁头磁阻，这样便可以得到更好的读/写性能，而且对磁道的磁信号感应很敏锐，磁道间距离可以很小，增加磁道数量，这样单碟容量上得到突破。不过随着单碟容量的不断增加，终于到了MR磁头的读取极限，于是GMR(巨磁阻磁头技术)磁头诞生了，近两年的硬盘磁头几乎全部采用GMR，GMR磁头技术是在MR的基础上开发的，它比MR具有更高的灵敏性。今后的发展只能说GMR随着纳米技术的开放，它的应用会更上一层楼，目前在研究的纳米磁记录材料粒径为16nm的超微铁粉的矫顽力（HC）比块状铁的HC高1000倍，如果用(2～3)nm尺寸的γ Fe2O3作存储器，将比现有的磁介质的存储器密度提高1万倍，而且可以获得更高的HC，更高的信噪比（后面测试中会有介绍）。而纳米巨磁阻（GMR）材料它与高温超导类似，利用GMR可使计算机磁盘存储能力提高30倍，即可使每平方英寸计算机磁盘信息存储能力增加到100亿位，GMR技术前途是光明的。
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目前主流的硬盘技术
1、RAID(Redundent Array of Inexpensive Disks)磁盘阵列技术

　　RAID实际上可以理解成一种使用磁盘驱动器的方法，它将一组磁盘驱动器用某种逻辑方式联系起来，作为逻辑上的一个磁盘驱动器来使用。这种技术的优点是成本低、功耗小、传输速率高，可以提供容错功能、安全性更高，以及比起传统的大直径磁盘驱动器来，在同样的容量下，价格要低许多。


2、PRML(Partial Response Maximum Likelyhood，部分响应完全匹配)读取通道技术

　　PRML技术简单的讲就是将硬盘数据读取电路分成两段“操作流水线”，流水线第一段将磁头读取的信号进行数字化处理然后只选取部分“标准”信号移交第二段继续处理，第二段将所接收的信号与PRML芯片预置信号模型进行对比，然后选取差异最小的信号进行组合后输出以完成数据的读取过程。PRML技术可以降低硬盘读取数据的错误率，因此可以进一步提高磁盘数据密集度。PRML技术的普通采用，使硬盘的容量、速度、可靠性都有了不同程度的提高。
　　
　　3、S.M.A.R.T.(Self-Monitoring，Analysis and Reporting Technology)技术

　　由于硬盘的容量越来越大，为了保证数据的安全性，硬盘厂商都在努力寻求一种硬盘安全监测机制，S.M.A.R.T.技术便应运而生。S.M.A.R.T.即“自我监测、分析及报告技术”。它可以监控磁头、磁盘、电机、电路等部件，由硬盘的监测电路和主机上的监测软件对被监对象的运行情况与历史记录和预设的安全值进行分析、比较，一旦出现安全值范围以外的情况，它就会自动向用户发出警告。而更先进的技术还可以自动降低硬盘的运行速度，把重要数据文件转存到其它安全扇区，通过S.M.A.R.T.技术可以对硬盘潜在故障进行有效预测，提高数据的安全性。

　　4、ATA/100技术

　　对于IDE市场，世纪末可以说是Ultra ATA/66的天下，它支持最大的硬盘外部数据传输率为66.7MB/s。到了2000年昆腾公司联合英特尔等芯片组巨头共同推出了ATA/100标准，在理论上它支持的最大硬盘外部数据传输率为100MB/s，同时在处理器厂商、芯片组厂商、主板厂商及硬盘厂商的努力下，ATA/100成了硬盘新技术的主角。但是硬盘的内部传输率就是影响硬盘性能大幅提高的瓶颈所在，尽管硬盘的内部传输率也正在不断的提高，可目前最高也只能达到45MB/S，这就影响了硬盘整体速度的发挥。

　　需要指出的是，ATA/100虽然需要相应主板的支持，还使用了单独的80芯接口线缆，但是它可以完全向下兼容，能在ATA/33、ATA/66等不同模式下使用。而且接口同样包含CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校正)特性，这能增加传输数据的完整性和可靠性，同时它能检测到数据传送中的错误。

5、数据保护与震动保护技术

　　硬盘非常怕震动，不管电源是否已经启动，只要硬盘受到了撞击或震动，或多或少总有数据受到一定程度的损伤，如果处于运转状态的硬盘受到震动或撞击，所造成的伤害会更大。在这方面，原昆腾公司(已被迈拓公司并购)的DPS(Data Protection System，数据保护系统)与SPS(Shock Protection System)技术、西部数据公司的Data SafeGuard(数据卫士)技术、IBM公司的DFT(Disk Fitness Test)、迈拓公司的MaxSafe与ShockBlock以及希捷公司的SeaShield技术使得硬盘可以承受较高g数的冲击，这种技术可以把硬盘因冲击而造成的损害降到最低的程度，能够对硬盘中的数据有一个很好的保障，大大提高了数据的完整性与可靠性。

6、厂商独特技术

　　为了增强自己产品的市场竞争力，很多厂商在自己的硬盘中增加了独特的技术来提升硬盘的质量：

　　(1)西部数据公司的数据卫士(Data Lifeguard)技术

　　西部数据的硬盘里多了一个“Data Lifeguard”技术，它实际上运用了S.M.A.R.T.技术。简单地说，Disk Lifeguard在硬盘持续开机八小时后，硬盘本身就自动地扫描侦测硬盘内部，如果遇到可能快要产生坏磁区的部分时，就赶快把些磁区上的数据转移到状况良好的磁区上面，并且做好数据在硬盘上所需的连接。独特之处在于Data Lifeguard的所有工作都是硬盘本身就可以启动和执行的，不需要主板或其它工具程序配合，所以用户不需要安装额外的工具软件，只要硬盘的电源开着，每隔八个小时Data Lifeguard就会做一次扫描、分析与修复的动作。并且Data Lifeguard会在硬盘处于Idle(硬盘15秒钟没有任何动作)状态下才会工作，一旦Data Lifeguard准备开始扫描、分析与修复的动作时，如果硬盘还有其他的工作需要完成时，Data Lifeguard就会往后延长15分钟再开始工作，所以外面不必担心这个功能会影响到硬盘的工作效率。

　　(2)原昆腾公司的DPS技术

　　DPS(Data Protection Sydtem)是原昆腾公司提出的另一项新技术，它可以让用户确定自己的硬盘是否真正发生了问题。如果你觉得硬盘有些奇怪的表现，比如不正常的声音、速度突然变慢的时候，就可以用软盘开机并运行DPS程序，让它帮你测试一下硬盘有没有问题。这时它会检查硬盘的S.M.A.R.T.数据缓冲区，以及其它基本的随机检查测试，而最重要的是所有的测试绝对不影响到硬盘里面所储存的数据。有了这个工具，我们就可以判定硬盘是否真的需要送去修理了。

　　(3)迈拓公司的MaxSafe和ShockBlock技术

　　MaxSafe是迈拓公司的独特技术之一，该技术提供了ECC错误修正码(Error Correction Code)功能。所谓的ECC是指以一种复杂的编码算法，当传输一个数据时，额外采用几个位元来当成错误修正的判别码，一旦数据在传输的过程当中出现了错误，就可以通过一个错误修正码来修复不正确的数据，确保数据的正确性。

　　ShockBlock是迈拓新一代硬盘所采用的另一项新技术，它强化了连接读写磁头的钢板的刚性，并且读写磁头比原来的读写磁头轻40%，这两种新设计的目的就是在于尽量降低读写磁头弹离碟片的可能性，如果读写磁头没有弹离碟片，就不会有碟片被读写磁头敲击而产生屑片的情况发生，从而延长了硬盘的使用寿命。

（4）IBM公司的Predictive Failure Analysis (PFA)

最后谈谈我们自己的预测故障分析技术Predictive Failure Analysis (PFA)，PFV技术对于保护用户的数据具有独到的优势和帮助。可靠性预测技术的产生起因于人们普遍意识到保护硬盘上存储的关键性信息的重要性。由于对系统存储能力的要求越来越高，多磁盘阵列系统也开始出现，因此该行业的领导者们意识到建立一个早期预警系统至关重要，这样才能保证在故障即将发生之前，有足够的时间备份数据。IBM公司的预测故障分析（PFA）技术，对包括磁头飞行高度在内的几个属性进行测量，以此来预测故障，一旦硬盘探测到某一属性如飞行高度已退化，就会向主机发出一条有可能发生故障的通知。收到通知后，用户就可采取措施保护数据。