ATA硬盘接口技术

ATA硬盘技术

编者按：随着电脑配件日新月异地发展，硬盘除了容量增大以外，采用的新技术也越来越多。总的来看，硬盘使用的技术包括降噪技术、硬盘磁头技术、盘片技术、接口技术、数据保护技术、震动保护系统和各类检测技术等等。在这些技术中，一些技术是在原有技术的基础上优化更新推出的，也有一些新技术是完全新创的。下面我们先来看看IDE硬盘的降噪技术。

主流IDE硬盘降噪技术

硬盘的噪音也许在夜深人静时最明显，对家人的影响也是很大的。虽然噪音的大小并不是直接衡量硬盘性能优劣的标准，但纵观硬盘的发展历史，可以发现硬盘的噪音实际上是和硬盘的转速成正比的：转速每提高一个档次，噪音等级就会相应提高。在5400rpm硬盘“横行”的时候，噪音问题还不那么突出，随着7200rpm硬盘成为主流，噪音问题的解决迫在眉睫。

我们还是先来了解一下硬盘噪音是怎么产生的。通常硬盘内部有两个马达，一个是驱动硬盘旋转的主轴马达。早期的主轴马达采用的是滚珠轴承，随着硬盘转速的不断提高，带来了磨损加剧、温度升高、噪声增大等一系列问题，主轴马达的噪音曾是硬盘噪音的主要来源。但目前很多厂家开始使用液态轴承马达，它使用的是黏膜液油轴承，以油膜代替滚珠，这样做可以避免金属之间的直接摩擦，使噪声及发热量大大降低，同时油膜也可有效吸收震动，使硬盘的抗震能力得到提高，此外还能减少磨损，提高硬盘的寿命。另外一个是寻道马达。寻道马达采用的是步进电机，其工作噪音的波形接近方波，因此声音听起来节奏分明，穿透力也强过主轴马达。我们平时听到硬盘发出的“哒，哒”声，就是由它发出的。由于技术和成本上的原因，该马达还没有采用液态轴承，因此目前来看，寻道马达所发出的噪音是硬盘噪音的主要来源。面对硬盘噪音，各个硬盘厂商都使出了浑身解数，有的从采用新型硬盘主轴马达入手，有的则以改进硬盘的封装结构为切入点，有的则利用软件调节硬盘的寻道速度，从而达到降低噪音的目的。

1.希捷(Seagate)

曾几何时，希捷公司的IDE硬盘几乎成了大噪音硬盘的代名词，不过这一切都随着酷鱼四代硬盘的推出而烟消云散，声音屏蔽技术(SBT)的应用使希捷硬盘摇身一变成为了目前最为“安静”的IDE硬盘，声音屏蔽技术包括如下几项：(图)

液态轴承(Fluid Dynamic Bearing)技术： SoftSonic电机是希捷硬盘的声音屏蔽技术(SBT)的核心，也是一项获得各类电脑用户赏识的技术突破。在采用业内标准进行测试时，酷鱼四代单盘模型在旋转时所发出的噪声仅为20分贝，寻道时的噪声仅为24分贝。事实上，1996年希捷生产了世界上第一台FDB电机，而目前FDB电机已经发展到了第四代产品，可见如今FDB 电机的技术相当成熟。

盖板及隔音泡沫： SeaShield盖板即硬盘电路一面的金属挡板，该挡板与隔音泡沫都起到了进一步减少噪音外泄的可能性。

转动整流技术：通过控制主轴电机的工作电流波形，使电机的启停更平滑流畅。

安静寻道(SilentSeek)技术：主要有速度限制、加速度限制和及时寻道方式，由于这些技术比较复杂，在这里就不做详细介绍了。

2. 迈拓(Maxtor)

迈拓除了应用自己的降噪技术以外，还沿用了昆腾公司的包括QDT静音技术在内的多项技术，强大技术的融合使迈拓的硬盘具有了更高的技术含量和竞争力。(图)

技术：其实这并不是一项新技术，迈拓很早以前就提出了这个降噪方案，当时称为“Acoustic Management”。该技术的原理就是在硬盘的BIOS芯片内加入控制程序，人为降低磁头动力臂的反应速度，即降低寻道速度，从而降低噪音。由于这项技术会使硬盘的性能稍有降低，加上几年前还是5400rpm硬盘占主流的时代，噪音问题并不十分突出，因此直到现在7200rpm硬盘成为主流时才得到应用。对于应用了Silent Store技术的迈拓硬盘，用户可以到迈拓的官方网站上下载最新的控制程序──Maxtor’s AMSET utility。将下载的程序解压到软盘上，再用该软盘启动电脑，运行Amset 程序。Amset.exe有四个参数，分别是/quiet、/fast、/check 和/off，/quiet模式允许以性能的降低为代价使硬盘噪音下降；/fast模式则允许以性能的稍许降低换取噪音的下降，当然降噪效果不如/quiet模式；/check则是可以检查硬盘当前的静音模式，/off即把降噪功能选项完全关闭，硬盘以最佳性能运行。

安静驱动器技术(QuietDriveTechnology)：该项技术曾是昆腾公司引以为豪的硬盘静音技术，不过随着昆腾公司被迈拓并购，这项优秀的技术自然也被迈拓所拥有，该项技术可将硬盘的噪音控制在30分贝以下。

3.IBM

作为目前所有台式硬盘遵循的温彻斯特盘结构的提出者，IBM公司在硬盘领域中一直处于一个很重要的地位，不过自从腾龙二代开始，硬盘返修率较高的问题就给IBM蒙上了一层阴影，如今IBM又将硬盘事业部出售给了日立公司，但无论如何，IBM硬盘的技术含量还是不容置疑的。

sion System降噪技术：该技术应用于IBM的台式机硬盘时主要体现在三种部件上：可在一定程度上降低运行噪音的陶瓷轴承马达(Ceramic spindle Motor)、改良的音圈马达(Voice Coil Motor)，以及减少噪音向外传播的三层冲压式顶盖(Tri-laminate Top Cover)。这些先进技术的应用，使IBM腾龙四代硬盘的工作噪音只有31分贝(3碟片)到30分贝(2 碟片及以下)。

液体动力轴承(Fluid Dynamic Bearing)技术：该项技术被应用在IBM于10月1日发布的Deskstar 180GXP系列硬盘上，与希捷公司的SoftSonic液态轴承技术相同，可以大幅度降低硬盘噪音。

自动声音管理(Automatic Acoustic Management)：这项技术则与迈拓公司的Silent Store

技术大同小异，都是通过降低硬盘的寻道速度来降低噪音。不过与迈拓的声音管理工具相比，IBM 所提供的工具IBM Feature Tool不但界面华丽，而且功能强大。它是一个包括声音管理工具的工具包，利用其中的声音管理工具，可以让硬盘在两种工作模式下来回切换，一种是低噪音的安静模式(Quiet Seek Mode)，一种是高性能的正常模式(Normal Seek Mode)，通过硬盘性能的少许下降换来噪音的大幅度降低。

4.三星(Samsung)

三星公司大家应该比较熟悉，但对于三星硬盘，有的用户可能不是很清楚。到1999年底，三星硬盘生产能力就达到了每月120万个，不过那时主要是以OEM的形式供货给市场，所以在DIY 市场上鲜有三星硬盘的产品出现。不过早在那时，三星硬盘就具备了高性能、低噪声、低工作温度的特点，在业界享有很好的口碑。目前三星公司的硬盘已经大举进入中国市场，主要分为5400rpm的V系列及7200rpm的P系列，这两个系列的硬盘都采用了三星独有的硬盘降噪技术，静音效果相当显著。

噪音卫士(Noise Guard)：主要包括三个方面，首先是在顶盖上加装隔音片进一步阻止内部振动的噪音扩散，其次是改进顶盖设计与结构，降低主轴马达产生的噪音，最后是改进主轴马达设计，降低高速运转时产生的振动。

安静寻道(Silent Seek)：这种技术的原理是通过专用DSP(数字信号处理器)来优化修整音圈马达的驱动波形，平滑磁头臂寻道时的加速度，在降低音圈马达寻道时发出噪音的同时，尽量保证寻道速度不受影响。

通过以上两项技术的应用，三星硬盘的噪音已被控制在30分贝以内。

现在硬盘容量的递增速度似乎比用户需求的递增速度还快，看看现在动辄上百GB的硬盘就知道了。这些超大容量的硬盘与昔日只有几GB的硬盘相比，简直可以称得上是巨无霸，那么是什么促进了硬盘容量的剧增呢？总的来说，它跟硬盘磁头技术和盘片技术密不可分。

硬盘磁头技术

顾名思义，它是针对硬盘读写磁头方面的技术，好的磁头最明显的优点就是具有高的读写灵敏度，因此能大幅度提升硬盘的单碟容量，单碟容量上去了，硬盘的总容量自然会提高。目前市面上的硬盘几乎都在使用GMR磁头，而早些时候，硬盘磁头有薄膜感应(TFI)磁头、各向异性磁阻(AMR)磁头和MR磁阻磁头。硬盘数据读写磁头的结构如图3。

1.MR

MR(Magneto Resistive Head，磁阻式磁头)技术的原理是基于磁阻效应工作的，其核心是一小片金属材料，其电阻随磁场变化而变化。虽然其电阻变化率不足2%，但因为磁阻组件连着一个非常灵敏的放大器，所以可测出该电阻微小的变化。不过MR磁头已经慢慢被GMR磁头取代。

2.GMR