透析硬碟發展史
一切從磁鼓、磁頭緣起
先來回顧一下，早期的磁錄裝置。圖1拍攝於1950年，讀/寫頭位置靠近旋轉中的磁性物質，即使電源中斷，磁性物質產生的磁極仍能繼續保存資料。雖然今日硬碟與圖中外型已大相逕庭，但運作原理仍屬相同。
圖中右半邊的圓柱體，是在表面塗上磁性物質的磁鼓。磁鼓由堅硬的外殼保護，而外殼則連接許多纜線。圖1為外殼蓋子打開的狀態。這些纜線連接至讀/寫頭，換句話說，每個磁軌都有其專用讀/寫頭；不同於當今硬碟的是，其讀/寫臂無法移動。因此，有多少磁軌，就須連接多少讀/寫頭。雖然讀/寫頭之間的空隙未用於記錄資料，而顯得浪費，但由於不須控制讀/寫頭位置，而讓整個運作機制更簡化。圖中左方的黑色區塊為馬達。
圖1：具有磁鼓和許多讀/寫頭的磁錄裝置，許多讀/寫頭連接於磁鼓上，磁鼓容量為16 KB。(略)
當時，若要以此技術來增加儲存容量，即須加長磁鼓和增加讀/寫頭，或增加磁鼓半徑以擴大周長。圖2為不同尺寸的設備。圖中左後方的機器與圖1的磁鼓裝置相同。圖片前方為最小的磁鼓，但其外型仍大於1瓶2公升的瓶子。我們雖無從得知其重量，但能推測單以1人的力量應無法移動最右邊的大機器。本圖中，機器底部像吸收器的部份具抗震功能。此裝置在巨大馬達驅動笨重的磁鼓時，避免震動影響到機器以外的地方。
圖2：磁鼓型磁錄裝置。 磁鼓大小顯示所含容量，當時有各式容量的磁鼓。(略)
從磁鼓到磁碟
第1台硬碟誕生於1956年：IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control)是世界首台外接儲存裝置！此機器名字的前3個字母（RAM）和當今半導體記憶體術語的隨機存取記憶體（Random Access Memory；RAM）相同。也就是說，使用者可在儲存裝置隨意讀取或寫入資料。相較之下，當時的其它儲存裝置只能以紙張、磁帶或打孔卡，循序存取資料。
兩者最大的差異，就在於這台硬碟的隨機存取技術。這也許是其命名由來之一吧！此外，此硬碟名字的”會計與管理(Accounting and Control)”表示其設計宗旨為協助大企業的會計處理作業。
雖然磁錄機制的原理並無差異，但其磁鼓被更換為24吋磁碟。此硬碟共包含50片磁碟，且透過單一馬達來驅動旋轉。此為今日多碟片硬碟機的原始形式。
此硬碟只使用1對讀/寫頭，以1個裝置驅動其上/下移動，來存取碟片。50片磁碟的總容量為5MB，相當於4片軟碟的容量(此種軟碟片現今已絕跡了)。根據型錄記載，該磁碟轉速為1,200rpm，每1吋含20個磁軌，而讀/寫頭到磁碟間距為800微吋(micro inches)。
有趣的是，這些硬碟機並非完全密封，而不像現代硬碟機採完全密封設計，並使用過濾器來防止硬碟在循環外部氣流時，吸入灰塵及其它外界物質。然而，與現代硬碟相同的是，這些硬碟也運用氣壓來使讀/寫頭懸浮於磁碟上方，只不過當時讓讀/寫頭懸浮的方式，是從讀/寫頭對著磁碟發送高壓氣體。這個原理就像火箭透過噴射氣體來升空。
圖說(略)：IBM 305 RAMAC內建的磁錄裝置。已具5MB容量的55片24吋磁碟來取代磁鼓， 此產品於1956年秋天推出。
回到1956年
1956年，IBM 305 RAMAC開創硬碟歷史新頁。就從此時開始，人們不斷研發技術，為大型電腦擴充外接儲存裝置容量，及縮小硬碟尺寸。80年代後半段，個人及商用電腦開始搭載小型硬碟。而後，業者仍持續針對執行基本運算的中央處理器，所用外接儲存裝置來研發硬碟。
上述IBM 305 RAMAC硬碟，為1960年加州冬季奧運會採用。當時IBM 305 RAMAC內建的磁錄裝置已有許多改良，如增加1個雙臂磁頭臂，且容量加倍。在60年代初期，人們仍在使用這個巨大、直立的長型機器。
60年代後半段，具可拆式磁碟媒體的硬碟問市。圖4中的磁碟組包含4 至 6片直徑14吋的磁碟，固定在馬達轉軸上。拆卸下來的磁碟被存放於專用的半透明塑膠盒容器，像是展示蛋糕用的透明玻璃容器。以此方式拆卸磁碟，讓使用者得以擴充其儲存容量，此為1項重大的技術發展。然而，這種互換性可能引起許多問題，有的產品系列甚至提供訓練課程，教育使用者在更換媒體發生問題時，如何透過示波器來調整每1個讀/寫頭。
此時的硬碟容量約200~400MB。儲存容量隨著每一代磁碟組的發展而遞增。隨著磁錄密度改良，所堆疊的磁碟數量亦增加。據說，12片磁碟相疊的重量相當驚人。
我們用伺服電動機(servo technology)技術來進行讀/寫頭定位，且僅在相疊磁碟的特定表面上記錄伺服資訊。伺服資訊不會在磁碟表面寫入使用者資料，而是不斷被讀取來定位讀/寫頭。讀/寫頭位置一旦確定，即開始進行資料讀寫，並可同時決定磁柱上其它讀/寫頭的位置。這項技術稱為專屬伺服方法(dedicated servo method)。當然，現代的硬碟已不再採用這種缺乏效率的作法。
圖4(略)：具有可拆式磁碟媒體的磁錄裝置，於60年代下半段推出。，這種可拆式磁碟稱為”磁碟組”。
透析硬碟尺寸微縮化發展關鍵
讀取頭技術大躍進
回顧硬碟在50年來的發展，會發現讀取頭技術的轉變相當有趣。相信讀者都聽過佛萊銘(Fleming)右手定則：「在運轉的磁鐵旁放置線圈，就會產生電壓。」當時，讀取頭技術，就是根據電磁感應原理研發。關鍵就在，該如何做出1小線圈？1980年，出現1革命性發展：以薄膜成型技術研發讀/寫頭，取代過去纏繞電線製造線圈的老方法，這項新技術大幅縮小讀/寫頭尺寸，且具備足夠的輸出電壓，更使儲存容量加倍。
在80年代，日本開始廣泛地將電腦應用於銀行業及執行其它核心作業，如在大學入學考試採電腦卡片作答。這些外部磁錄裝置採薄膜讀/寫頭技術，用於中央處理器(尺寸相當於大型美國雙門電冰箱)。我們從雜誌和電視上看過公司電腦室的模樣，其地板上擺滿數百台大型磁錄裝置。此時，單一台大型磁錄裝置，總算也有Gigabyte等級容量。
當硬碟遇見PC
80年代後期，開始有中小企業辦公室電腦及高效能工作站採用硬碟。碟片尺寸不斷縮小，從14吋到9吋、8吋甚至5.25吋。5.25吋碟片問世後，硬碟開始取代磁帶與軟碟機。
希捷於1980年推出ST-506業界第1台5.25吋硬碟，當時此款硬碟具備5MB儲存容量。ST-506這個名稱之後，成為將硬碟機連接至PC的介面標準。使用ST-506介面須透過1個控制器來控制硬碟，控制器選擇讀/寫頭，傳送脈衝訊號，以顯示磁軌，讓讀/寫頭執行搜尋作業，而主機控制器會對“搜尋完成”訊號進行確認。隨著此種技術的研發，業界開始將步進馬達(stepping motor)用於讀/寫頭定位機制；換句話說，馬達轉軸隨著脈衝訊號移動，並執行磁軌搜尋程序。以今日的標準而言，此裝置的運作相當遲鈍，但由於其讀/寫大幅超越軟碟機，並具備較大容量，進而逐漸獲得用戶廣泛採納。
而後出現較先進的ST-412及ESDI(加強版小型週邊介面)…等介面標準。然而，即使到此階段，仍需格外關注硬碟機內部結構與組態，確切掌握硬碟運作，才能充分運用硬碟。硬碟機組態已大幅簡化，必要的控制作業則由外部控制器操作。此時正是PC採用硬碟的初期階段。資深工程師們也許曾在秋葉原二手店找到ST-506或ESDI硬碟，並將其連接至日本熱門的“國民電腦”(NEC PC-9801)上頭。
此時，3家公司共同建立1項新的介面標準：IDE(整合驅動電子介面)介面。此3家公司為硬碟製造商CDC (現為希捷)、Western Digital (當時專門研發控制硬碟機的外部控制IC)、和PC製造商康博(現為Hewlett Packard)。
現今ATA介面即以此IDE標準為基礎。此介面發送指令至硬碟，並隱藏硬碟所有控制作業。換句話說，IDE將外部控制電路(ST-506介面的時代所使用)整合至硬碟本身，並設定標準指令及回應模式。此介面釐清硬碟和主機所扮演的不同角色，建立1個讓硬碟和介面卡製造商皆可參與的基礎平台。但由於此標準仍未趨穩固，而產生許多關於裝置連接性及相容性問題。
為解決此問題，1994年訂定AT傳輸介面(ATA)標準。訂定此標準後，即衍生出後續版本，如目前正著手研發的ATA-8標準。
圖說(略)：硬碟尺寸縮小，使其獲辦公室電腦及高效能工作站大幅採用，並開始受PC業界青睞。
硬碟製造商的族譜
50年前，IBM製造第1台硬碟機，在這50年間，也有許多硬碟製造商產生和消失。當年，日立(Hitachi)購併IBM硬碟事業，及希捷購併Maxtor的新聞，令人記憶猶新。創立希捷科技的Alan Shugart，過去曾在IBM參與IBM 305 RAMAC研發，Western Digital原是1家半導體公司，專門研發硬碟的控制IC。
容量大，還要更大
在90年代，3.5吋及2.5吋硬碟發展神速，成為桌上型和筆記型電腦的主要儲存媒介，在此同時，廠商開始生產大容量PC，人們再次將焦點放在讀取頭技術，欲藉此大幅提升硬碟容量，而研發出磁阻磁頭(magnetic-resistive；MR)。新的磁頭透過讀取頭，將磁場變化轉為電阻的功能，產生更清晰且強大的訊號，遠勝過傳統薄膜線圈電磁感應技術效果。
欲達到此種磁阻效應，讀/寫頭結構必須非常薄。此元素製造過程和半導體製程相似，由於硬碟對於靜電、高壓、高溫及濕度相當敏感，而需針對其配件作完整檢修，若要實現這項新技術，即須針對其支援程序調整，包括採取特殊措施預防靜電，如教育組裝人員靜電的相關知識、穿戴防靜電工作鞋、使用空氣中帶有離子的空調無塵室…等。硬碟製造商陸續開始將MR磁頭建置於容量高達1GB的3.5吋硬碟。
為增加磁錄密度，實現更大容量，人們開始研發具更高靈敏度的讀取頭，即為巨磁阻(Giant Magneto Resistive；GMR)讀/寫頭。研發者變更MR磁頭材料組成，並改良其堆疊架構，成功製造出“巨磁阻效應”，獲得更高的輸出。
今日，技術發展腳步不斷前進，研發出採量子力學穿隧效應的穿隧磁阻(Tunnel Magneto Resistive；TMR)磁頭。TMR磁頭結構類似MR和GMR磁頭，且結合了新概念。舉例而言，其感應電流通過堆疊的碟片流動。
硬碟的寫入頭技術，在50年來並未有顯著發展。電流通過線圈產生磁場，而將此磁場通過磁性物質，即可產生磁化作用。線圈製程不斷進化，至今已製造出非常小的線圈；然而，經過50年，電磁的基本機制，卻絲毫沒有任何改變。
不過，磁性物質的磁化技術已在數年前出現重大進展，垂直錄寫技術(Perpendicular Magnetic Recording；PMR)將結構化的機制整合至磁性物質和磁碟媒體中，讓寫入頭就像是磁碟媒體的一部分。此外，為實現PMR技術，寫入頭結構亦有了一些改良，PMR採用傳統GMR和TMR磁頭，且沒有改變電磁線圈。
硬碟尺寸再縮小
我們從50年代的巨大磁錄裝置，回顧到至今3.5吋及2.5吋硬碟的發展。其中不變的研發方向，就是提高容量和縮小尺寸，既然如此，我們是否還能研發出更高容量且更小尺寸的硬碟？無庸置疑的是，硬碟的容量將不斷增加。儲存容量增加，隨之發展出許多新應用。磁錄密度越高，容量亦隨之增加；因此，現有技術已可在不影響容量情況下縮小尺寸，換句話說，硬碟尺寸將更趨於迷你。
構型(form factor)指固定的尺寸，如3.5吋和2.5吋硬碟，硬碟製造商正積極開發更小的硬碟，如1.8吋、1吋甚至0.85吋，以上規格可說是如今硬碟尺寸的極限了，原只有3.5吋規格的高效能10,000轉和15,000轉企業硬碟，現已可應用於2.5吋規格中。硬碟尺寸的縮小，可協助減少功耗及所佔空間。
未來，硬碟將不斷朝著更大容量、更低功耗及更小體積來發展。
硬碟尺寸目前已可做到如硬幣般小巧。(略)
硬碟外觀構型，不斷挑戰物理極限，體積愈來愈小。(略)
圖說(略)：硬碟。
全球硬碟儲存媒體市場現況與趨勢
在Dataquest針對硬碟儲存媒體各個分項產品的趨勢預估下(如圖一所示)，DAS的產值預測是下滑，從2001年到2005年的CAGR為-10.8﹪，2001年的產值為18,739百萬美元，2005年的產值將降為11,857<span style="FONT-SIZE:11p
