上一節談了一系列早期硬碟的發展之後,接下來是時候將目光移回現代硬碟上了,本節要介紹的是 1990 年代以後的硬碟與硬碟介面發展,特別是以曾經蔚為主流的 IDE/ATA 與曾稱霸企業市場二十年的 SCSI 為主 (目前仍是市場主流的 SATA 與最新的 NVMe 則留待介紹之後介紹)。

磁碟介面的標準化

一套完整的硬碟儲存系統可以概略分為儲存媒介 (包含磁碟或磁帶、讀寫頭等)、介面 (interface,負責接收來自控制器命令) 以及控制器 (controller,扮演磁碟與電腦本機之間的橋樑,用於將磁碟與電腦系統連結起來與控制讀寫頭與磁盤運作進行資料讀寫) 三個主要部分。

而早期的硬碟介面並沒有一套標準規範可以依循,而是各自使用不同的專屬規格,因此早期的硬碟系統多半會隨其專用的控制器一同出貨,而不同廠商或型號硬碟所使用的控制器也多半不能隨意混用,甚至有些硬碟儲存系統是只能搭配特定的電腦系統使用的,例如上節曾提及的 IBM 3380 (相當於儲存媒介),就必須透過 IBM 3880 儲存管理系統 (相當於介面) 與 IBM System/370 或 System/380 大型電腦系統中的控制器連接 (架構如下圖)。

(註:在描述磁碟系統的時候,控制器與介面這兩個詞彙經常會被混用,主要係因現代的硬碟本身其實也整合了一組用於控制硬碟本身動作、負責接收來自電腦系統命令的控制器,而介面實際上也是同時存在於硬碟系統與電腦系統兩端,但本文中若無特別說明的話,文中所指的控制器主要是指「電腦系統端的控制器」,介面則主要是指「硬碟系統端的介面」。)

首個被廣泛應用的磁碟系統 ST-506

在 1980 年,Shugart Technology 發表了 ST-506 這款個人電腦磁碟系統 (實際上由 ST-506 5.25 吋硬碟、ST-506 專用的控制器與 ST-506 專用的磁碟介面組成)。

如同我在上一節當中曾經提及的,衍生自 ST-506 的 ST-412 在當年成功取得了 IBM PC XT (首款內建硬碟的 IBM 個人電腦) 的 OEM 供應訂單,因此 ST-506 與 ST-412 很快便成為了第一款在個人電腦領域中獲得廣泛應用的內建硬碟系統。

ST-506 的磁碟介面與控制器之間一般以兩條訊號線連結 (分別是 34-pin 的控制線路與 20-pin 的資料傳輸線路),每台硬碟都需要各自獨立的資料傳輸線路,而控制線路的部分則可以至多同時控制四台硬碟 (絕大多數控制器設計為僅能同時控制兩台硬碟)。

此外,由於 Shugart Technology 在設計此款硬碟系統的控制器與介面時是以 Shugart Associates 的 SA1000 軟碟系統為基礎,因此相對而言在實作上簡單許多,又正好搭上當時許多電腦公司爭相投入設計與生產 IBM PC 的相容系統,因此 ST-506 與 ST-412 所使用的此款磁碟介面很快就成為個人電腦硬碟系統的主流非正式行業標準。

ST-506 與 ST-412 所使用的磁碟界面都使用了 MFM (改進調頻編碼) 編碼技術,而隨後推出的改良版-ST-412HP 則是增加了對 RLL (運行長度有限編碼) 編碼技術的支援,分別可使儲存密度與資料傳輸速率增加至多 50%。

增強型小型磁碟介面 (ESDI)

隨後在 1980 年代上半,Maxtor 發表了增強型小型磁碟界面 (Enhanced Small Disk Interface,ESDI),相較於已經成為主流的 ST-506 / ST-412 磁碟界面而言,ESDI 最大的改進是將部分以往放置在磁碟控制器上的資料分隔器 (Data Separator,主要功能為自電子訊號中將包含實體資料的部分與其他控制訊號分隔開來) 等晶片移入硬碟本體中,以換取更高的性能與更低的延遲。

在傳輸速率方面,原先的 ST-506 介面最高只能支援 7.5 Mbps 的資料傳輸速路,而 ESDI 則是可以達到 10、15 Mbps 甚至是 20 Mbps。

在傳輸介面方面,為了降低採用時的成本負擔,ESDI 使用了與 ST-506 / ST-412 相同的連接器規格 (同樣採用 34-pin 的控制線路與 20-pin 的資料傳輸線路),此外,ESDI 介面在設計上也納入了對軟碟機、磁帶機的支援。

ESDI 介面在 1980 年代中後期曾經流行過幾年的時間,但隨後 SCSI 與 IDE/ATA 介面相繼成熟之後很快就與 ST-506 / ST-412 一起被這兩款介面取代了。