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你穿越了?40年后,你还需要把硬盘插到主板上吗?

电子数码

2022-11-12

这应该就是硬盘的故事了。

世界上第一个硬盘出现在20世纪50年代,由IBM制造。这个硬盘现在真的很神奇——有两个冰箱那么大,质量以吨来衡量。里面有50个24寸的磁盘,容量却只有5MB。5MB,现在看来连一首高质量的mp3音乐都放不下,但在个人电脑出现之前的50年代,这已经是巨量存储了。

20世纪70年代,一款名为Winchester的硬盘诞生了。虽然给电脑配件起名枪有点怪怪的,但是如果你经历过90年代DIY的第一个黄金时代,你一定会很熟悉“暖盘”这个名词(别看我那时候刚出生)。很多人说,从温彻斯特硬盘出现到现在,硬盘的基本原理并没有太大变化。我只能说他们太单纯了。90年代的巨磁电阻技术,新世纪以来的PMR技术,近几年声名狼藉的SMR技术,都是机械硬盘的伟大革新。未来还会有更先进的热辅助和微波辅助磁记录技术。可以说,无论是过去还是未来,机械硬盘都不会缺少技术创新。但硬盘领域最大的创新是闪存的出现和固态硬盘的兴起,彻底改变了硬盘的面貌。

文本:

这是一个IBM个人电脑主板

硬盘的安装和使用变得越来越容易。如果你看过IBM的PC/XT,你会对当年个人电脑的笨拙留下深刻印象——当年电脑做的一切没有扩展卡都做不了,显示器需要显卡(40年后依然如此,但现在集成显卡更普遍)。使用鼠标需要鼠标卡,但不需要网卡和声卡,因为那个年代的PC没有网络功能和多媒体功能,电脑主板密集。芯片很多(连南北桥都没有),但完全没有整合。扩展功能全靠主板上的长短ISA插槽(有8位和16位的,长短不一)。就连需要装系统的硬盘也离不开硬盘卡。

硬盘卡

当年的硬盘卡不像现在的阵列卡(插入扩展槽,调出硬盘所需的SAS接口)。当年的硬盘是由两部分组成的——带控制器的插卡和带磁盘、电机、磁头(固定在机箱上)的机身,它们之间用大量的线缆连接。因为硬盘卡自带ROM,这个硬盘开机就能启动。

PATA IDE硬盘

显然这种形式太过笨拙,于是在90年代,IDE出现了。IDE不是“集成开发环境”的意思。其含义可以简单理解为“集成控制器的硬盘驱动器”,即硬盘不再需要通过硬盘卡来控制读写,硬盘的控制电路由磁盘来制作。这时南桥逐渐出现在主板上,只需要提供一个硬盘数据接口(如PATA)连接硬盘即可。

PATA线

此时的硬盘接口只有两种——家里常见的PATA(也叫IDE)和SCSI(功能更强大,价格更贵),安装硬盘只需要两步——连接信号线(比如像缎带一样扁平的PATA)和连接电源(也就是大4针电源接口)。

SATA线

十多年后,PATA并联的弊端已经凸显。为了更高的速度,SATA出现了(硬盘的容量也进入了100 GB时代)。但是它的连接方式除了信号线变小了之外,本质上并没有改变,还是和IDE一样(把控制器集成到硬盘里)。

然后,近年来,随着固态硬盘的普及,SATA接口已经无法馈入高速闪存。这时,PCIe站了起来,扛起了高速硬盘接口的大旗。之后NVMe一统江湖,扫除了PCIe进入硬盘领域的障碍。硬盘的形态也发生了彻底的变化——出现了M.2这种全新的形态。

m2

M.2第一印象还是挺震撼的——硬盘能这么小这么快?而且,它的安装也很简单。只需要插入槽内,最后一颗螺丝就完成了。不需要拉任何线缆,电源完全交给主板(3.3V)。

但是m.2还是太小了,很难容纳更多的闪存颗粒(m.2 2280的极限差不多是两边8个闪存),对于大部分个人用户来说足够了,但是对于企业级硬盘来说还是不够(而且企业级硬盘需要很多电容进行掉电保护)。

U2

为了满足企业对大容量的需求,出现了同样基于PCIe的U.2。也是传统的2.5寸磁盘形式,所以也可以安装在服务器的热插拔硬盘上。更大的体积也带来了更好的散热和更大的容量。但是对于个人用户来说,U.2的吸引力并不大,因为它的安装还是需要像传统硬盘一样拉信号线和电源线,热插拔的优势和不插没什么区别。

在这种情况下,你为什么不使用PCIe插槽?因此,PCIe插电式SSD成为了台式机用户的新选择(U.2在安装PCIe适配卡的情况下也可以看做这种形式)。像大容量奥腾这种存储密度低的SSD,m.2显然不适合,所以PCIe符合要求。而常规的m.2最高只能做到PCIe X4,如果直接用PCIe槽,可以选择X4/X8甚至X16。像Intel P3608这样的X8盘,很多年前就超过Gen3 m.2了。

但是回过头来看,把硬盘插到主板的扩展槽里有点熟悉。这不就是文章前半部分PC/XT的硬盘安装方式吗?所以计算机的发展是一个圈,原来的东西不一定是落后的东西。回头想想,也许还有未来。

佐贺节真

来自ETAC实验室(Mizuiro-Aqua第一工作室)