專題討論報告 討論題目 :硬碟 班級：自控四甲班級：自控四甲 組員：組員： 4961200549612005 夏忠暐夏忠暐 4961207249612072 姚民建姚民建 指導教授：蕭瑞陽 教授指導教授：蕭瑞陽 教授

一 . 摘要二 . 硬碟發展歷史三 .HDD 、 SSD組成四 .HDD 、 SSD原理簡介五 .HDD 、 SSD之比較六 . 未來展望七 . 結論八 . 參考文獻

目錄

HDD多數電腦大多採行 HDD 作為系統硬碟運用，但HDD 畢竟是機械式搭配電磁原理進行讀 /寫，以目前的主流應用規格大多具備 7,200rpm~10,000rpm的碟片運轉速度，但為求高速讀 /寫持續加速的磁碟運轉速度，也造成 HDD 不穩定的潛藏危機，而在同時講究效能與穩定性的商業運轉中， SSD 也找到新的切入點。

摘要

SSD全名為 Solid State Drive ，採取半導體製程技術有相當多的優點！例如，可改善傳統 HDD ，因運作必須透過碟盤上循序讀 /寫，取代 HDD 無法或缺的機械結構、伺服馬達，但實際讀 /寫效能即由電子電路的控制器、線路設計與 Flash 元件的物理讀寫極限所控制，只要採行的控制器與 Flash 具備一定的效能表現，均可達到超越硬碟機的表現水準。

發展歷史年份 事蹟1956年

IBM 的 IBM 350 RAMAC 是現代硬碟的雛形，它相當於兩個冰箱的體積，不過其儲存容量只有 5MB 。

1973 年

IBM 3340 問世，他擁有「溫徹斯特」這個綽號，來源於他兩個 30MB 的儲存單元，恰是當時出名的「溫徹斯特來福槍」的介面徑和填彈量。至此，硬碟的基本架構被確立。

1980年

兩位前 IBM 員工創立的公司開發出 5.25 英寸規格的 5MB硬碟，這是首款面向桌上型電腦的產品，而該公司正是希捷（ SEAGATE ）公司。 80 年代末， IBM 公司推出 MR（ Magneto Resistive 磁阻）技術令磁頭靈敏度大大提升，使碟片的儲存密度較之前的 20Mbpsi （ bit/每平方英寸）提高了數十倍，該技術為硬碟容量的巨大提升奠定了基礎。

年份 事蹟1991 年 IBM 應用該 MR （ Magneto Resistive 磁阻）技術推

出了首款 3.5 英寸的 1GB 硬碟。1970~1991 年

硬碟碟片的儲存密度以每年 25%~30% 的速度增長從1991 年開始增長到 60%~80%；至今，速度提升到100%甚至是 200% ，從 1997 年開始的驚人速度提升得益於 IBM 的 GMR （ Giant Magneto Resistive ，巨磁阻）技術，它使磁頭靈敏度進一步提升，進而提高了儲存密度。

1995 年 為了配合 Intel 的 LX晶片組，昆騰（ Quantum ）與Intel攜手發布 UDMA 33 介面， EIDE標准將原來介面數據傳輸率從 16.6MB/s提升到了 33MB/s 同年，希捷開發出液態軸承（ FDB ， Fluid Dynamic Bearing ）馬達。所謂的 FDB就是指將陀螺儀上的技術引進到硬碟生產中，用厚度相當於頭髮絲直徑十分之一的油膜取代金屬軸承，減輕了硬碟噪音與發熱量。

年份 事蹟1996 年 希捷收購康諾（ Conner Peripherals ）

1998 年 2月

UDMA 66 規格面世

2000 年10月

邁拓（ Maxtor ）收購昆騰

2003 年 1月

日立宣佈完成 20.5億美元的收購 IBM 硬碟事業部計畫，並成立日立環球儲存科技公司（ Hitachi Global Storage Technologies, Hitachi GST ）

2005 年 日立環儲和希捷都宣佈了將開始大量採用磁碟垂直寫入技術（ perpendicular recording ），該原理是將平行於碟片的磁場方向改變為垂直（ 90 度），更充分地利用的儲存空間

年份 事蹟2005 年12 月 21日

硬碟製造商希捷宣佈收購邁拓（ Maxtor ）

2007 年 1月

日立環球儲存科技宣佈將會發售全球首隻 1TB 的硬碟，比原先的預定時間遲了一年多。

HDD 硬碟零件大致分為，磁片 (Media) 、讀寫頭 (Read Write Head) 、馬達 (Spindle Motor & Voice Coil Motor) 、底座 (Base) 、電路板 (PCBA)等幾大項組合而成。

HDD 、 SSD 組成

SSD固態硬碟主要由控制器、儲存記憶體（ FLASH Memory ）所構成，快取記憶體（ RAM ）的部分則不一定都會有，看控制器本身的設計。

固態硬碟是使用改變電壓值的方式來紀錄資料，記憶體顆粒主要有MLC （ Multi Level Cell ，多層式儲存）及SLC （ Single Level Cell ，單層式儲存）兩種。

HDD 原理 傳統硬碟由塗滿了磁性物質的

碟片所構成，藉由讀寫頭去改變磁性物質的極性方式進而去紀錄資料，由圖可知，硬碟的內部構造其實相當的精密，讀寫頭是藉由碟片運轉時產生的氣流，利用白努力定律而「漂浮」在磁碟片上，其中的間隔距離是用奈米來做計算單位，比粉塵還要微小，一但讀寫頭與碟片直接接觸到的話將會毀損到上面的磁性物質，因此對於傳統硬碟來說，最怕的就是震動及撞擊了。不過傳統硬碟技術發展至今，已經有不錯防護措施了，再加上垂直寫入技術的成熟，磁密度大量提升，效能上也增進不少。

SLC 英文全稱 (Single Level Cell——SLC) 即單層式儲存 。 SLC 技術特點是在浮置閘極與源極之中的氧化薄膜更薄，在寫入數據時通過對浮置閘極的電荷加電壓，然後透過源極，即可將所儲存的電荷消除，通過這様的方式，便可儲存 1 個信息單元，這種技術能提供快速的程序編程與讀取，不過此技術受限于 Silicon efficiency 的問題，必須要由較先進的流程强化技術 (Process enhancements) ，才能向上提升 SLC 制程技術。

SSD 原理 - (一 ) SLC

MLC 英文全稱（ Multi Level Cell——MLC) 即多層式儲存。其作用是將兩個單位的信息存入一個Floating Gate （ Flash Memory 存儲單元中存放電荷的部分），然後利用不同電位（ Level ）的電荷，通過内存儲存的電壓控制精准讀寫。 MLC通過使用大量的電壓等級，每一個單元儲存兩位數據，數據密度比較大。 SLC 架構是 0 和 1 兩個值，而MLC 架構可以一次儲存 4 個以上的值，因此， MLC 架構可以有比較好的儲存密度。

SSD 原理 - (二 ) MLC

SLC 比較 MLC 的優勢： 目前市場主要以 SLC 和 MLC 儲存為主，我們多了解下 SLC 和 MLC 儲存。

SLC 架構是 0 和 1 兩個值，而 MLC 架構可以一次儲存 4 個以上的值，因此 MLC 架構的儲存密度較高，並且可以利用老舊的生産程備來提高産品的容量，無須額外投資生産設備，擁有成本與良率的優勢。

與 SLC 相比較， MLC生産成本較低，容量大。如果經過改進， MLC 的讀寫性能應該還可以進一步提升。

SLC 與 MLC 之比較

SLC 比較 MLC 的缺點： MLC 架構有許多缺點，首先是使用夀命較短， SLC 架構可以存取 10萬次，而 MLC 架構只能承受约 1 萬次的存取。 其次就是存取速度慢，在目前技術條件下， MLC晶片理論速度只能達到 2MB左右。

SLC 架構比 MLC 架構要快速三倍以上。 再者， MLC 能耗比 SLC 高，在相同使用條件下比 SLC要多 15%左右的電流消耗。雖然與 SLC 相比， MLC 缺點很多，但在單顆晶片容量方面，目前 MLC還是占了絶對的優勢。

由于MLC 架構和成本都具有絶對優勢，能滿足未來 2GB 、4GB 、 8GB甚至更大容量的市場需求。

HDD 、 SSD 之比較

重量 開機速度 讀取速度 抗震 耗電量 價格

HDD 較重 較慢

較慢 350Hz 較耗電 便宜

SSD 較輕 較快 較快 >1500Hz

較省電 昂貴

IBM 公司宣布：他們在十年內終結電腦硬碟時代。 IBM研究部門研發的一種新技術組件，它比傳統硬碟更小，更輕，也沒有運轉馬達裝置， IBM 正設法降低它的成本。

發表了一個名為 [Magnetic Race Track Memory] 磁性賽道記憶體的技術，可以把現在硬碟的馬達，碟片，讀寫頭等等給完全拋棄，他的原理是相當於記憶 0 、 1 資訊位元的磁性材料連成了像是賽車跑道一樣的形狀而得名。

在 IBM 此次倡導的記憶體中， race-track （賽道）由 100個左右的位元沿垂直於矽基板的向連接而成，而且來回曲折。也就是說，從水平方向的實際密度上來說，用於讀取和寫入單個位元的面積上，可以記錄約 100 位元的資訊。

未來展望

現在科技越來越發達，所研發的東西越精良，硬碟從5MB 兩個冰箱大小的體積到現在 1024GB(1TB) 一隻手大小的體積，從古自今硬碟的容量越來越大，體積越來越小，速度越來越快。傳統硬碟快被固態硬碟取代了，但固態硬碟成本價格有點高。硬碟創始者 IBM又要研發比傳統硬碟更小、更輕，也沒有運轉馬達裝置，比固態硬碟的成本，目前由於磁性賽道記憶體仍處於研究階段，未來的變化還不敢確定，科技始終來自於人性。

結論

維基百科－硬碟http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E7%A1%AC%E7%A2%9F&variant=zh-tw

維基百科－固態硬碟 http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E5%9B%BA%E6%80%81%E7%A1%AC%E7%9B%98&variant=zh-tw

Computerdiy http://www.computerdiy.url.tw/all-articles/articles-ssd/775-introduce-

ssd

史丹利部落格 http://stenlyho.blogspot.com/2008/08/nand-flash-slcmlc.html

凌威科技 http://www.linwei.com.tw/knowhdd.html

NSS ICT Education Blog http://www.i-garden.org/blog/2011/01/12/2410

參考文獻