初見現代硬碟雛形-IBM 3340 (1973 年 – 1984 年)

時序進入 1970 年代之後,人們開始追求更高的硬碟資料傳輸速度,為了提高速度,勢必得提高磁碟的旋轉速度或是磁頭的移動速度,但隨著磁碟旋轉速度的提升,與碟盤直接接觸的磁頭對磁碟碟盤所造成的磨損問題也就益發嚴重,這對硬碟的可靠度帶來了極大的挑戰。

為了解決這項問題,IBM 的工程師在 1973 年設計出了 IBM 3340 硬碟機 (又名溫徹斯特 Winchester,由來是一種同名的來福槍,取 IBM 3340 硬碟機由兩個 30 MB 磁碟卡匣組成,與當年溫徹斯特來福槍的 30 吋長槍管與 .30 子彈口徑有著相同的數字之涵義),與先前介紹的幾款硬碟機相比,IBM 3340 所帶來的最大革新是磁頭從此不再直接與磁盤接觸了,IBM 的工程師從飛機飛行的原理發想,運用磁盤高速轉動時會擾動卡匣內的空氣,進而為磁頭產生浮力而使得磁頭得以懸浮在磁盤上方的原理,有效解決了磁盤容易被磁頭磨損的問題。

由於懸浮式的磁頭設計對於卡匣內空氣懸浮微粒的數量與顆粒大小以及磁頭的穩定性有著非常高的要求 (雖然磁頭不再直接接觸磁盤,但磁頭離磁盤仍非常近,若出現不穩定或是較大的灰塵顆粒還是很有可能會對高速轉動的磁盤造成嚴重的刮傷),因此從 IBM 3340 開始,磁頭與磁盤被封裝在同一個組件中並且首次採用了密封設計,同時也正式確立了現代硬碟所使用的基礎結構 (下圖為 IBM 3340 所使用的 IBM 3348 資料模組)。

值得注意的是,IBM 3340 同時也是最後一代允許使用者自行更換磁碟卡匣的硬碟機,兩年後推出的 IBM 3350 (1975 年 – 1994 年) 便回歸了 IBM 350 與 IBM 1301 時代的不可更換設計以追求進一步提高儲存裝置內的配置密度,不可更換卡匣的設計從此便延續下來,迄今的硬碟也仍然如此。

容量遽增的開始-IBM 3370 (1979 年-1986 年)

從 1956 年到 1975 年這二十年間,硬碟的容量僅僅從 IBM 350 的 3.75 MB 提升到 IBM 3340 的 60 MB,單位體積容量的成長也不是那麼明顯,直到 1979 年 IBM 3370 推出之後,硬碟的單位體積容量才開始真正起飛。

相較於 IBM 3350,IBM 3370 的容量從原先的 317.5 MB 明顯提升為 571 MB,而 IBM 3370 之所以可以大幅提升硬碟單位體積容量的關鍵,在於 IBM 3370 首次採用了薄膜式磁頭技術 (Thin-Film Head Technology),這種新式磁頭採用了類似積體電路製造時所使用的精密加工與光刻技術搭配鐵-鎳材料取代傳統的磁性氧化物工藝磁頭。

由於製造工藝變得更加精密,這種磁頭得以在更靠近磁盤的位置穩定工作 (距離比 IBM 3340 還要縮短約 30%),進而將資料寫入的最小密度一口氣提高為原先的兩倍 (每平方英吋可達 7.7 MB),此後 IBM 更持續針對此種磁頭進行改良,這使得在接下來的十年內硬碟的儲存密度得以經歷的數次的倍增,並啟發了後來各種現代磁頭的發展,最重要的是,這種磁頭的發明使得後來硬碟體積的急遽縮小與單位體積容量的飆升成為可能。

跨入 GB 時代-IBM 3380 (1980 年 – 1996 年)

在 IBM 3370 首次導入薄膜式磁頭之後,IBM 在隔年推出的 IBM 3380 中正式將其特性發揚光大,相較於 IBM 3370 而言,IBM 3380 的單台容量足足是 IBM 3370 的四倍,來到了 2.52 GB 之譜 (單台 IBM 3380 中包含了兩套磁碟系統,每組磁碟系統下有兩組磁盤,每組磁盤所能儲存的資料量為 630 MB)。

約莫在這個時間點,小型電腦的發展開始逐漸脫離電子玩家圈走向家用市場,個人電腦的概念也開始逐漸成為主流,隨著大型硬碟機的容量已經遠遠超過當時一般人日常所需,人們也開始思考是不是能夠將大型硬碟機縮小到能夠搭配個人電腦系統使用,於是硬碟的發展至此正式進入了一個全新的時期。

隨著時間發展,在小型硬碟機的容量與可靠性也足以滿足高階電腦的需求之後,成本高昂、體積龐大且配置彈性差的大型硬碟機也就隨之逐漸退出市場了 (取而代之的則是使用多枚小型硬碟機搭配組合而成的 RAID 磁碟陣列系統,之後會有專節介紹),1989 年 IBM 所推出的 IBM 3390 (上圖) 便是 IBM 最後一款大型硬碟系統。

早期個人電腦硬碟 (1980 年 – 1985 年)

最初的個人電腦用戶資料儲存裝置只有軟碟機 (例如可攜式電腦的開山鼻祖 IBM 5100 與第一台 IBM PC 都是如此),但隨著個人電腦用途的成長,要處理的資料也隨之增加,容量相當有限的軟碟逐漸顯得不敷使用,在硬碟技術提升的同時,將硬碟體積縮小以搭配個人電腦使用便理所當然成為工程師努力的目標。

還記得我們在上節曾經談過的 Alan Shugart 嗎?這位在 1960 年代曾任職 IBM Direct Access Storage 部門的產品經理除了帶領 IBM DAS 部門的工程團隊發明了軟碟、在 1970 年代創辦 Shugart Associates 之外,其實他真正知名的是其在硬碟領域的發展,Shugart Associates 公司後來在軟碟機方面的成就反而與他關係並不是那麼大。

要談這段故事得從 1973 年 Alan Shugart 創辦 Shugart Associates 時開始談起,當年 Alan Shugart 創業其實想做的是類似 IBM 3740 這種全套商用系統的競爭產品,但搞了好一陣子都沒甚麼成果,最初募集來的創投資金也差不多快燒光了,當時公司董事會希望 Alan Shugart 放棄製造全套商用系統的計畫,改為專注於磁碟機的發展上 (畢竟實際上這才是他的本業) 但 Alan Shugart 並不願意妥協,因此在 1974 年 10 月 Alan Shugart 便離開了 Shugart Associates,所以後來 Shugart Associates 公司在軟碟市場取得的成就基本上與 Alan Shugart 本人其實沒有太大的關係。

隨後在 1979 年,Finis Conner 與 Alan Shugart 認為 IBM 發展出來的 8 吋硬碟仍然太大 (IBM 3380 內部其實就是使用此種硬碟所組成),希望能將硬碟縮小至 Shugart Associates 當時所生產的 SA-400 的大小 (也就是 5.25 吋) 以滿足個人電腦的需求,於是兩人便決定合作開設一間新公司-Shugart Technology (名稱和 Shugart Associates 很像沒錯,當時其實他們知道這個名稱很有可能會引來當時實際擁有 Shugart Associates 的 Xerox 所提出的訴訟,但他們認為這樣可以讓這間新創公司快速取得一點知名度,於是便決定先使用這個名稱,等待訴訟威脅正式到來時再改名),在未來的幾十年裡,這間公司將是硬碟產業當中影響力最大也最深遠的公司之一。