世界上第一塊硬盤，是1956年由IBM發明的RAMAC 350，這個家伙個頭比冰箱大，容量卻只有5MB。

IBM發明的RAMAC 350

而2007年日立環球存儲科技宣布將會發售全球首只1Terabyte的硬盤也就巴掌大小。

日立單碟1TB硬盤編號為HDS721010DLE630

那么縮小了這么多的體積的硬盤，存儲能力到底差多少呢？下面我們來計算一下：

1TB = 1,000 (103)GB

1TB = 1,000,000 (106)MB

也就是說現在的一塊1T的硬盤存儲能力等于之第一代RAMAC 350的200000（2X105）倍，這簡直不敢想象。

硬盤英文名又叫Hard Disk Drive英文縮寫是HDD。其實硬盤和傳統的磁帶工作的基本的原理是一樣的（但是磁帶記錄的模擬信號，硬盤記錄的數字信號）。

磁帶

但是硬盤要比以前的磁帶精密得多，數據量也會大很多。

到磁盤上，數據可以通過盤片被讀取，原理是磁頭經過盤片的上方時盤片本身的磁場導致讀取線圈中電氣信號改變。硬盤的讀寫是采用隨機存取的方式，因此可以以任意順序讀取硬盤中的數據[2]。

錄音磁頭（實際上是個蹄形電磁鐵），兩極相距很近，中間只留個狹縫。整個磁頭封在金屬殼內。錄音磁帶的帶基上涂著一層磁粉（實際上就是許多鐵磁性小顆粒。）

磁錄音和磁放音過程

帶緊貼著錄音磁頭走過，音頻電流使得錄音頭縫隙處磁場的強弱、方向不斷變化，磁帶上的磁粉也就被磁化成一個個磁極方向和磁性強弱各不相同的“小磁鐵”，聲音信號就這樣記錄在磁帶上了。

放音頭的結構和錄音頭相似。當磁帶從放音頭的狹縫前走過時，磁帶上“小磁鐵”產生的磁場穿過放音頭的線圈。由于“小磁鐵”的極性和磁性強弱各不相同，它在線圈內產生的磁通量也在不斷變化，于是在線圈中產生感應電流，放大后就可以在揚聲器中發出聲音。

計算機上使用堅硬的旋轉盤片為基礎的非易失性存儲器，它在平整的磁性表面存儲和檢索數字數據，數據通過離磁性表面很近的磁頭由電磁流來改變極性的方式被寫入到磁盤上，數據可以通過盤片被讀取。

硬盤讀取狀態

圖為硬盤內部的碟片在通電后開始高速轉動

硬盤的工作原理是磁頭經過盤片的上方時盤片本身的磁場導致讀取線圈中電氣信號改變。硬盤的讀寫是采用隨機存取的方式，因此可以以任意順序讀取硬盤中的數據。

磁道（Track）柱面（Cylinder）扇區（Sector）磁頭（Heads）盤片（Platters）每個碟片都有兩面，因此也會相對應每碟片有2個磁頭

硬盤的物理結構一般由磁頭與碟片、電動機、主控芯片與排線等部件組

成；當主電動機帶動碟片旋轉時，副電動機帶動一組（磁頭）到相對應的碟片上并確定讀取正面還是反面的碟面，磁頭懸浮在碟面上畫出一個與碟片同心的圓形軌道（磁軌或稱柱面），這時由磁頭的磁感線圈感應碟面上的磁性與使用硬盤廠商指定的讀取時間或數據間隔定位扇區，從而得到該扇區的數據內容。

自20世紀70年代起，硬盤碟片的存儲密度以每年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于IBM的GMR（Giant Magneto Resistive，巨磁阻）技術，它使磁頭靈敏度進一步提升，進而提高了存儲密度。

那么什么是巨磁阻呢？

那么我們要知道什么是“磁阻效應”，物質在一定磁場下電阻改變的現象，稱為“磁阻效應”。

如上圖的圓盤。隨著磁場關閉，由于電池連接在（無限）電導率邊緣之間，徑向電流在導電環中流動。 當沿著軸線的磁場接通時，洛倫茲力驅動電流的圓形分量，內外邊緣之間的電阻上升。這種由于磁場引起的電阻的增加被稱為“磁阻”。

磁性金屬和合金材料一般都有這種磁電阻現象，通常情況下，物質的電阻率在磁場中僅產生輕微的減小；在某種條件下，電阻率減小的幅度相當大，比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻值約高10余倍，稱為“巨磁阻效應”（GMR）。

巨磁阻效應示意圖

FM（藍色）表示磁性材料，NM（橘色）表示非磁性材料，磁性材料中的箭頭表示磁化方向；Spin的箭頭表示通過電子的自旋方向

圖片來源：文獻(fr)Modèle électrique de lamagnétorésistance géante, effet "vanne despin" ouspin valve. FM =ferromagnétique, NM = non magnétique(en)Resistor model ofspin-valvegiant magnetoresistance effect. FM =ferromagnetic, NM = non-magnetic(es)Modelo eléctrico de una válvula deespín,magnetorresistencia gigante. FM =ferromagnético, NM = no magnético

如上圖所示，左面和右面的材料結構相同，兩側是磁性材料薄膜層（藍色），中間是非磁性材料薄膜層（橘色）。

左面的結構中，兩層磁性材料的磁化方向相同。

當一束自旋方向與磁性材料磁化方向都相同的電子通過時，電子較容易通過兩層磁性材料，都呈現小電阻。

當一束自旋方向與磁性材料磁化方向都相反的電子通過時，電子較難通過兩層磁性材料，都呈現大電阻。這是因為電子的自旋方向與材料的磁化方向相反，產生散射，通過的電子數減少，從而使得電流減小。

右面的結構中，兩層磁性材料的磁化方向相反。

當一束自旋方向與第一層磁性材料磁化方向相同的電子通過時，電子較容易通過，呈現小電阻；但較難通過第二層磁化方向與電子自旋方向相反的磁性材料，呈現大電阻。

當一束自旋方向與第一層磁性材料磁化方向相反的電子通過時，電子較難通過，呈現大電阻；但較容易通過第二層磁化方向與電子自旋方向相同的磁性材料，呈現小電阻。

下面分享一個關于磁阻發現的動畫圖:

目前科學家已經發現了超巨磁阻效應存在于具有鈣鈦礦（Perovskite）ABO3結構的錳系陶瓷氧化物中，其磁阻變化隨著外加磁場變化而有數個數量級的變化。由于產生的機制與巨磁阻效應（GMR）不同，而且往往大上許多，所以被稱為超巨磁阻效應。

不過，由于其相變溫度較低，不像巨磁阻材料可在室溫下展現其特性，因此離實際應用尚需一些努力。