科普一下。存储介质的发展和未来的研究方向

小P崽子

首先说明一下，我只交代硬盘的技术特点和发展。置于其他的存储介质，比如软盘什么，暂不做交代。
这个帖子我花了一个小时，一个字一个字敲上去的。希望能帮你们开拓一下相关知识，虽然有点长，但是还是希望你们能耐心看完O(∩_∩)O~~~。如果实在没耐心，就请直接看最后一段，关于原子硬盘的介绍，这是未来硬盘的发展方向，很诱人。

毋庸置疑，IT的发展离不开材料。我现在在国外攻读硕士学位，方向是材料学，而我们专业的任务就是把某一种技术，在理论上实现，并且在实验室里实现，置于工业化和商业化，则靠IT制造商来实现。
我本人其实是一个DIY爱好者，从另一个理论的高度去看IT产品，特别有意思。我会用比较易懂的语言，告诉你们硬盘的工作原理和发展方向。

目前的主存储还是硬盘，常见的机械硬盘已经刚发展起来的固态硬盘（固态硬盘可以认为是大的U盘，靠闪存来存储）。硬盘是由IBM开发出来的。这里不得不说一下，很多人觉得IBM只是一个卖电脑的，其实远远不是。 IBM的材料科学实验室是世界最先进的，这个实验室出了不少的诺贝尔奖，而且IBM每年在研发上的投入，甚至是一个大型公司的年收入，包括STM等等都是IBM发明出来的，我这里引用一个网上的数据：自 1993年起，IBM连续十三年出现在全美专利注册排行榜的榜首位置。到2002年，IBM的研发人员共累积荣获专利22358项，这一记录史无前例，远远超过IT界排名前十一大美国企业所取得的专利总和，这11家IT强手包括：惠普、英特尔、Sun、微软、戴尔等。------不得不佩服蓝色巨人啊。（也是我的终极目标，进入IBM实验室，嘿嘿）
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最早的硬盘，大家都有印象吧，很小，40G左右，因为那时候用的是水平纪录。
众所周知，电脑数据实质上是2进制代码，比如一个汉字，由01101101记录。这涉及到0 和1 的记录。硬盘有一片片的磁盘组成，磁盘的材料是ferroelectric：铁电材料（简单介绍一下，铁电材料有很多磁畴，每个磁畴在电场的作用下，按一定方向排列，比如向左排列代表数据0，向右代表1），这样就实现了数据的记录。影响硬盘容量的主要因素之一就是磁盘的记录密度。水平纪录明显记录密度有限。



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到后来，因为GMR，巨磁电阻效应的发展（我没记错的话，应该2006年的诺贝尔物理学奖，获得者就是因为这个效应）。发展出来了垂直记录。
垂直记录和水平纪录原理是一样的，只不过磁矩的排列是↑和↓，虽然原理是一样，但是大大提高了盘片的存储密度，现在的机械硬盘单碟能到750G，就是靠这项技术对存储密度的改善。



其实很好理解，一个教室里，躺着的人肯定没有站着的人塞得多。

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下面是目前正在研究的存储介质。还是IBM在研究，叫原子硬盘。为了了解具体的进展和技术要求，我专门去nature杂质上找了相关的文献，小总结一下吧：
因为一个原子的磁量子数为+½和-½，也就是说一个原子的自旋轨道有两个自旋方向。这就可以实现数据记录了，两个方向分别代表0和1。想一想，一个物质的原子数目那是巨大的，只要几个原子就能记录很大的数据量。

原子硬盘的存储密度是：一个iPod大小的原子硬盘，存储单位是ZB。（1ZB=1024EB=1024×1024PB=1024×1024×1024TB）



好了，洋洋洒洒写了这么多，不知不觉都一个小时过去了。我该睡觉去了。今天晚上实在没事做，就写个帖子科普一下好了。

兽兽

普及普及

JAY然不同

心妙

看的云里雾里的

流光

支持科普！~
不过有点不明白，现在出的固态硬盘既然可以认为是大的U盘，靠闪存来存储，那现在U盘都出十几G的了，为什么固态硬盘还是那么贵啊！~害偶们只能看看！~

小P崽子

流光 发表于 2011-3-31 18:54
支持科普！~
不过有点不明白，现在出的固态硬盘既然可以认为是大的U盘，靠闪存来存储，那现在U盘都出十几G ...

其实不能完全等同的，只是存储方式一致，但是具体在存储实现上还是不一样的。最简单的一点，SSD的其中一个特点不就是传输速率快嘛？这点就不能等同于U盘了，U盘的传输速率是相当慢的。
不过即便是SSD，传输速率还是有限，近阶段没法实现质的飞跃的。除非推出新的存储方式。就像我最后一段说的原子硬盘。IBM已经实现了原子存储，现阶段的研究停留在数据稳定性这方面。希望能在不远的将来实现这项技术吧，这才是质的飞跃。

流光

呵呵，那倒也是，一切皆有可能啊，想当初咱还用1.4寸的软盘来存数据的时候，哪会想到还会有U盘这玩意儿啊！~数码时代更新换代太快了，都快有点跟不上时代了！哈哈！