在現(xiàn)在這個數(shù)據(jù)信息越來越爆炸的時代，不論是在生活中還是工作上，每個人每天都會產生大量的新數(shù)據(jù)，比如視頻、照片、文檔、郵件等等，所以人們對于數(shù)據(jù)存儲的需求越來越大。HDD（Hard Disk Drive, 機械硬盤）因為具有大容量的特性，成為了人們大量存儲數(shù)據(jù)的首選項。
HDD的存儲技術持續(xù)發(fā)展，它經歷了從LMR（Longitudinal magnetic recording, 水平磁性記錄）、PMR（Perpendicular Magnetic Recording, 垂直磁性記錄）到最新的SMR（Shingled Magneting Recording, 疊瓦式磁性記錄）技術的發(fā)展。今天，就跟著科普小貼士了解一下提升機械硬盤存儲密度的良方——SMR（疊瓦式磁性記錄）技術。
大部分非專業(yè)人士對于LMR、PMR和SMR等存儲技術都比較陌生，為了更好地理解SMR技術，我們先簡單講解一下HDD的工作原理，以及LMR、PMR技術的大致原理。
機械硬盤顧名思義，其工作是依靠一系列機械結構完成的。這些機械結構最關鍵的部分包括存儲數(shù)據(jù)的磁盤和讀取、寫入數(shù)據(jù)的磁頭。
一個磁盤上有上千個磁道，以同心圓的形式排列。磁道中排列著磁性顆粒，每個磁性顆粒通過不同的磁場方向，記錄著二進制的0和1。磁盤運行時，磁盤被電機驅動旋轉，磁頭以納米級的距離在磁盤上懸浮，通過檢測或改變磁道上磁性顆粒的磁場方向而讀取或寫入數(shù)據(jù)。
所謂LMR、PMR、SMR技術，實質上是磁盤上磁道和磁性顆粒排布方式，以及在這種排布方式下讀取、寫入數(shù)據(jù)的技術。
最初，硬盤中的磁性顆粒橫向被放置在磁道中，磁感應方向也是水平的，這就是LMR（水平磁記錄）技術。這種技術有一個缺點——比較浪費磁盤面積。因為如果磁性顆粒太小，相互靠得太近，就很容易相互間干擾。
為了解決這個問題，工程師想到了將原來水平放置的磁性顆粒垂直放置，此時磁頭的磁感應方向也相應變?yōu)樨Q直方向，這就是PMR（垂直磁記錄）技術。這種技術可以非常有效地增加單位面積磁盤信息儲量，3.5英寸單碟容量可達1TB。至今大部分HDD都運用了PMR技術。
隨著時代的進步，信息的產生量持續(xù)增多，硬盤制造商依然不停地想方設法提高硬盤的存儲效率，于是新的技術——SMR（疊瓦式磁性記錄）技術應運而生。
SMR可以在PMR的基礎上進一步大幅提升磁盤的容量，這是怎么做到的呢？難道說還有比豎直排布磁性顆粒更節(jié)約空間的方式嗎？
實際上，在磁盤進行讀寫操作的時候，是通過讀磁頭和寫磁頭分別進行操作的。讀寫磁頭的寬度不一樣，寫磁頭的寬度比讀磁頭更寬，但二者要在同樣的磁道內進行操作，這就導致磁道的寬度必須以較寬的寫磁頭的寬度為準。然而，實際上存儲顆粒所需要占用的寬度很小，因此磁道的一部分寬度其實是被浪費的。此外，為了防止干擾，在磁道和磁道之間還保留有保護空間，這就導致，磁盤上可以用于存儲信息的空間占比其實很小。
為了進一步增加信息存儲密度，工程師開發(fā)了這樣一種磁道排布方式——讓磁道和磁道之間被浪費的空間重疊起來，就像瓦片相互疊落一樣，這也是SMR的中文名稱——疊瓦式技術的來源，非常形象。
▲采用SMR技術的HDD磁道布置
通過這種疊層的操作，磁盤上磁道的密度大幅提升，因而信息存儲密度得到了大幅提升。然而，這種磁道加密的方法是有代價的——由于磁道的間距過于狹窄，當一個區(qū)域已經存有信息，寫磁頭想要對某一條磁道的信息進行修改，那么勢必要影響到相鄰磁道的數(shù)據(jù)。解決這個問題相對比較復雜，除了在每組堆疊的磁道之間預留保護間隔，還需要在修改數(shù)據(jù)時，先將相鄰磁道的數(shù)據(jù)備份出來，等本磁道數(shù)據(jù)修改完畢，再把相鄰磁道的信息放回去。因此，SMR硬盤通常具有高達256MB的大緩存，用于在修改數(shù)據(jù)的時候存儲相鄰磁道的數(shù)據(jù)，相比之下一般磁盤的緩存只有64MB。
SMR技術讓HDD的容量再上一個臺階，這種技術適合大容量倉儲式存儲需求，例如數(shù)據(jù)備份、RAID陣列和NAS網絡存儲等應用，備受企業(yè)級用戶喜愛。對于個人用戶而言，SMR硬盤搭配SSD系統(tǒng)盤，讓兩塊硬盤各司其職——一個提供高速運行的性能，一個提供超大容量的存儲，是最好的組合。
本次的內容是我們科普小貼士系列的第一期，以后我們會持續(xù)以深入淺出的解讀，為廣大希捷粉絲和硬盤使用者帶來更多有關存儲技術的知識。
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