一年16班 黃佳弘 硬 碟 機 Hard Disk Driver

第一台硬碟機 1956年9月13日，IBM研發出第一台硬碟機– 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) 由50片直徑24吋碟盤組成 總容量：5 M Bytes 可以儲存64,000 紙卡的資料 IBM 305 RAMAC, 1956

演 化 史 1961 IBM公司研發出無接觸碟盤的讀寫頭 1970 IBM公司堆出第一張軟碟，直徑為8” Seagate ST506 演 化 史 1961 IBM公司研發出無接觸碟盤的讀寫頭 1970 IBM公司堆出第一張軟碟，直徑為8” 1973 IBM公司推出3340 Winchester sealed HDD，為現代硬碟 機的前身，容量60 M Bytes 1980 Seagate公司推出第一台微電腦用硬碟機- ST506 5¼”全高式硬碟機，採用步進馬達(stepper motor) 總容量5 M Bytes 1981 Sony推出第一台3½”軟碟機 8” 5¼” 3½” Floppy disk drivers floppy disks 8” 5¼” 3½”

演 化 史 1983 Rodime 公司製造出第一台3½”硬碟機 1984 CD-ROM問世 演 化 史 1983 Rodime 公司製造出第一台3½”硬碟機 1984 CD-ROM問世 1985 Quantum公司推出第一張硬碟控制界面卡， 進入IDE (Integrated Device Electronics)硬碟的時代 1988 3½”硬碟機的高度已經降低到1”,同年 PrairieTek公司推出2½”硬碟機 Rodime 1st 3½” HDD Rodime 220, 1st 2½” HDD

構 造 碟片 Platters 固定架 Base Casting 驅動軸 Actuator Axis 讀寫頭 Slider & Head 構 造 碟片 Platters 固定架 Base Casting 驅動軸 Actuator Axis 讀寫頭 Slider & Head 轉動馬達 Spindle Motor 驅動器 Actuator 傳輸線 Ribbon Cable 界面插槽 Interface Connector

飛快增加的容量 1956 IBM 305 RAMAC 5 MB 1980 IBM 3380 1 GB 1980 Seagate - ST506 5 MB 1991 Mastor 7000s 30 MB 1996 Quantum fireball 6.4 GB 1998 IBM Deskstar 16.8 GB 2003 Seagate Barracuda 80 GB 2006 Seagate Barracuda 750 GB 2009 Hitachi Deskstar 2 TB

飛快增加的容量 MBytes 1980 1990 2000 2010

不斷提升的存取效率 因為以下各部分的進步，硬碟機的效率越來越好 轉速提高 磁盤單位面積容量增加 硬碟機的RAM增加且效率提高 讀寫頭讀、寫資料效率提高 存取臂的移動準確且有效率 讀寫的位置排列的越有效率

不斷提升的傳輸速度 Paralle ATA (IDE) Small Computer System Inferface (SCSI ) ATA 1 (1986)，傳輸速率為8.3 MB/s ATA 2 (Ultra ATA)(1994)，傳輸速率為16.7 MB/s ATA 4 (Ultra ATA/33)(1996)，傳輸速率為33.3 MB/s ATA 5 (Ultra ATA/66)(2001)，傳輸速率為66.7 MB/s ATA 7 (Ultra ATA/133)(2005) ，傳輸速率為133 MB/s Small Computer System Inferface (SCSI ) SCSI 1 (1986)，傳輸速率為5 MB/s SCSI 2 (1994)，傳輸速率為10 MB/s Ultra2 SCSI (1997)，傳輸速率為40 MB/s Ultra3 SCSI (1999)，傳輸速率為160 MB/s Ultra320 SCSI (2002)，傳輸速率為320 MB/s Ultra640 SCSI (2003)，傳輸速率為640 MB/s Serial ATA (SATA) SATA 1 (2003)，傳輸速率為150 MB/s SATA 2 (2004)，傳輸速率為300 MB/s SATA 3 (2008)，傳輸速率為600 MB/s SCSI data cable SATA data cable

各種界面工作原理 PATA (IDE) ports on a motherboard Parallel ATA 可控制兩件設備，必須分別設定為 主(device 0, master)、從(device 1, slave) 傳輸線最長只能46 cm，不論是早期的40 針或是晚期的80針 (Ultra DMA/33開始)，資料傳送每次均為16 bits，增加的線是 用來減少干擾 資料傳送的頻寬，為所連接這兩件設備所共享 Pin 1 Reset Pin 2 Ground Pin 3 Data 7 Pin 4 Data 8 Pin 5 Data 6 Pin 6 Data 9 Pin 7 Data 5 Pin 8 Data 10 Pin 9 Data 4 Pin 10 Data 11 Pin 11 Data 3 Pin 12 Data 12 Pin 13 Data 2 Pin 14 Data 13 Pin 15 Data 1 Pin 16 Data 14 Pin 17 Data 0 Pin 18 Data 15 Pin 19 Ground Pin 20 Key or VCC in Pin 21 DDRQ Pin 22 Ground Pin 23 I/O write Pin 24 Ground Pin 25 I/O read Pin 26 Ground Pin 27 IOCHRDY Pin 28 Cable select Pin 29 DDACK Pin 30 Ground Pin 31 IRQ Pin 32 No connect Pin 33 Addr 1 Pin 34 GPIO_DMA66_Detect Pin 35 Addr 0 Pin 36 Addr 2 Pin 37 Chip select 1P Pin 38 Chip select 3P Pin 39 Activity Pin 40 Ground

各種界面工作原理 SCSI II cable SCSI 可控制8~16件設備，每件設備必須設定號碼(logical unit number; LUM)， 且最後一件設備必須有端末器(terminator) 傳輸線有50或68針，iSCSI 甚至直接使用網路線 早期是平行(parallel)傳送，後來也發展出系列(serial)傳送，如 Serial attached SCSI (SAS)，除了提供更快的資料傳送，更強容錯功能，部分還 支援熱插拔的功能 穩定性高，多為較高階電腦系統(如伺服器)所採用 LUM selector SCSI card

各種界面的工作原理 SATA 採用點對點溝通模式，每一個插槽只連接一個設備 傳輸線只有8針4線，大幅降低線材成本與重量，傳輸距離 可達100 cm，使用differential signaling技術來降低干擾，可熱 插拔 傳輸速度由1.5 Gbit/s已提高至第三代的6.0 Gbit/s 不但迅速取代傳統的Parallel ATA，更威脅到SCSI 及電腦外接 設備目前主流的USB及IEEE1394 SATA port on a motherboard External SATA cables Internal SATA cables

越來越合理的價格 IBM 305 RAMAC 5 Mbytes 50,000 10,000 年 份 硬碟機廠牌 容 量 價格(US$) US$/MBytes IBM 305 RAMAC 5 Mbytes 50,000 10,000 1980 North Star 18 Mbytes 4,199 233 Percom/Tandom 20 Mbytes 2,399 120 Iomega 40 Mbytes 1,799 45 Seagate 2.9 Gbytes 2,899 99¢ Maxtor 4.3 Gbytes 439.99 11.8¢ 2000 Seagate UMDA 28.0 Gbytes 349.00 1.43¢

越來越合理的價格 2000 Maxtor UMDA 30 Gbytes 308.00 11.81 2001 Maxtor UATA 60 Gbytes 329.99 6.33 2002 Maxtor EIDE 80 Gbytes 259.99 3.47 Maxtor 7200rpm 120 Gbytes 158.00 1.51 Western digital 250 Gbytes 249.99 1.15 2009 Seagate Barracuda 1 Tbytes 89.99 0.09 年 份 硬碟機廠牌 容 量 價格(US$) US$/GBytes 自1980年至今，30年來單位記憶容量價錢已滑落至原有的 2,600,000 1

當前主流硬碟機 SCSI Seagate Cheetah Serial ATA (SATA) 16M, 15,000bpm, 146G 傳輸率(內/外) 2,225/171 MB/s; 存取時間3.9/3.4 ms NT$: 8,700 Serial ATA (SATA) SATA 2 Seagate Barracuda. 32M, 1T, 7,200rpm,傳輸率(內/外) 1,287/105 MB/s; 存取時間 9.8/8.5 ms; NT$: 3,100 SATA 3 Seagate Barracuda XT. 64M, 2T, 7,200rpm, 138M/s; NT$: 13,500

其他儲存設備 磁光碟機 (MO) 磁帶機 ZIP、LS-120/240, HiFD 軟碟機 光碟機 MO disk 其他儲存設備 磁光碟機 (MO) 容量大、穩定性高，曾經是影 像處理、設計業者的最愛，但 已逐漸退出市場 ZIP、LS-120/240, HiFD 均已走進歷史 磁帶機 可大量儲存資料 無法很快速地隨機存取 已很少使用 軟碟機 攜帶方便，容量有限 幾乎已經退休 光碟機 由最傳統的CD-ROM、進化至 DVD-RW、前一陣子更由Blue- ray勝出H-DVD Super disk LS-120 LS-240 ZIP driver & disk HiFD driver & disk

將來發展的趨勢 USB 行動碟 外接式行動硬碟 固態硬碟 (Solid state Drive, SSD) 輕便、無須電源、安靜、耐用 容量較小與存取速度較慢的缺點正迅速改善中 外接式行動硬碟 輕便、無須電源、安靜 固態硬碟 (Solid state Drive, SSD) 無機械組件，因此存取速度 快、安靜、耗電量 低 容量較小的缺點正迅速改善

夢幻硬碟機 容量大，但是必須輕、薄、短、小 存取速度快、傳輸頻寬大，能無線但加密傳送 耗電量低，工作時不發熱、沒有噪音 對工作環境要求低，耐操 不易故障，一但故障資料也能有所保障 價錢便宜

參考文獻與網頁 All the above webs were retrieved in October, 2009 The PC Guide. A brief history of the hard disk drive. Available at http://www.storagereview.com/guide2000/ref/hdd/hist.html Computer history museum. Available at http://www.computerhistory.org Wikipedia Encyclopedia. Hard disk drive. Available at http://en.wikipedia.org/wiki/Hard_disk_drive Wikipedia Encyclopedia. History of computer science. Available at http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_computer_science Wikipedia Encyclopedia. Parallel ATA. Available at http://en.wikipedia.org/wiki/Parallel_ATA Wikipedia Encyclopedia. SCSI. Available at http://en.wikipedia.org/wiki/SCSI Wikipedia Encyclopedia. Serial ATA. Available at http://en.wikipedia.org/wiki/Serial_ATA Wikipedia Encyclopedia. Floppy disk. Available at http://en.wikipedia.org/wiki/Floppy_disk Historical Notes about the Cost of Hard Drive Storage Space. Available at http://www.alts.net/ns1625/winchest.html Wikipedia Encyclopedia. Solid-state drive. Available at http://en.wikipedia.org/wiki/Solid-state_drive All the above webs were retrieved in October, 2009