在現(xiàn)在這個(gè)數(shù)據(jù)信息越來(lái)越爆炸的時(shí)代，不論是在生活中還是工作上，每個(gè)人每天都會(huì)產(chǎn)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(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求越來(lái)越大。HDD（Hard Disk Drive, 機(jī)械硬盤(pán)）因?yàn)榫哂写笕萘康奶匦裕蔀榱巳藗兇罅看鎯?chǔ)數(shù)據(jù)的首選項(xiàng)。

HDD的存儲(chǔ)技術(shù)持續(xù)發(fā)展，它經(jīng)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(shù)的發(fā)展。今天，就跟著科普小貼士了解一下提升機(jī)械硬盤(pán)存儲(chǔ)密度的良方——SMR（疊瓦式磁性記錄）技術(shù)。

大部分非專(zhuān)業(yè)人士對(duì)于LMR、PMR和SMR等存儲(chǔ)技術(shù)都比較陌生，為了更好地理解SMR技術(shù)，我們先簡(jiǎn)單講解一下HDD的工作原理，以及LMR、PMR技術(shù)的大致原理。

▲機(jī)械硬盤(pán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

機(jī)械硬盤(pán)顧名思義，其工作是依靠一系列機(jī)械結(jié)構(gòu)完成的。這些機(jī)械結(jié)構(gòu)最關(guān)鍵的部分包括存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的磁盤(pán)和讀取、寫(xiě)入數(shù)據(jù)的磁頭。

▲磁道示意圖

一個(gè)磁盤(pán)上有上千個(gè)磁道，以同心圓的形式排列。磁道中排列著磁性顆粒，每個(gè)磁性顆粒通過(guò)不同的磁場(chǎng)方向，記錄著二進(jìn)制的0和1。磁盤(pán)運(yùn)行時(shí)，磁盤(pán)被電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，磁頭以納米級(jí)的距離在磁盤(pán)上懸浮，通過(guò)檢測(cè)或改變磁道上磁性顆粒的磁場(chǎng)方向而讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。

所謂LMR、PMR、SMR技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是磁盤(pán)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(xiě)入數(shù)據(jù)的技術(shù)。

最初，硬盤(pán)中的磁性顆粒橫向被放置在磁道中，磁感應(yīng)方向也是水平的，這就是LMR（水平磁記錄）技術(shù)。這種技術(shù)有一個(gè)缺點(diǎn)——比較浪費(fèi)磁盤(pán)面積。因?yàn)槿绻判灶w粒太小，相互靠得太近，就很容易相互間干擾。

▲LMR原理示意

為了解決這個(gè)問(wèn)題，工程師想到了將原來(lái)水平放置的磁性顆粒垂直放置，此時(shí)磁頭的磁感應(yīng)方向也相應(yīng)變?yōu)樨Q直方向，這就是PMR（垂直磁記錄）技術(shù)。這種技術(shù)可以非常有效地增加單位面積磁盤(pán)信息儲(chǔ)量，3.5英寸單碟容量可達(dá)1TB。至今大部分HDD都運(yùn)用了PMR技術(shù)。

▲PMR原理示意

隨著時(shí)代的進(jìn)步，信息的產(chǎn)生量持續(xù)增多，硬盤(pán)制造商依然不停地想方設(shè)法提高硬盤(pán)的存儲(chǔ)效率，于是新的技術(shù)——SMR（疊瓦式磁性記錄）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

SMR可以在PMR的基礎(chǔ)上進(jìn)一步大幅提升磁盤(pán)的容量，這是怎么做到的呢？難道說(shuō)還有比豎直排布磁性顆粒更節(jié)約空間的方式嗎？

實(shí)際上，在磁盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)操作的時(shí)候，是通過(guò)讀磁頭和寫(xiě)磁頭分別進(jìn)行操作的。讀寫(xiě)磁頭的寬度不一樣，寫(xiě)磁頭的寬度比讀磁頭更寬，但二者要在同樣的磁道內(nèi)進(jìn)行操作，這就導(dǎo)致磁道的寬度必須以較寬的寫(xiě)磁頭的寬度為準(zhǔn)。然而，實(shí)際上存儲(chǔ)顆粒所需要占用的寬度很小，因此磁道的一部分寬度其實(shí)是被浪費(fèi)的。此外，為了防止干擾，在磁道和磁道之間還保留有保護(hù)空間，這就導(dǎo)致，磁盤(pán)上可以用于存儲(chǔ)信息的空間占比其實(shí)很小。

▲傳統(tǒng)HDD磁道布置

為了進(jìn)一步增加信息存儲(chǔ)密度，工程師開(kāi)發(fā)了這樣一種磁道排布方式——讓磁道和磁道之間被浪費(fèi)的空間重疊起來(lái)，就像瓦片相互疊落一樣，這也是SMR的中文名稱(chēng)——疊瓦式技術(shù)的來(lái)源，非常形象。

▲采用SMR技術(shù)的HDD磁道布置

通過(guò)這種疊層的操作，磁盤(pán)上磁道的密度大幅提升，因而信息存儲(chǔ)密度得到了大幅提升。然而，這種磁道加密的方法是有代價(jià)的——由于磁道的間距過(guò)于狹窄，當(dāng)一個(gè)區(qū)域已經(jīng)存有信息，寫(xiě)磁頭想要對(duì)某一條磁道的信息進(jìn)行修改，那么勢(shì)必要影響到相鄰磁道的數(shù)據(jù)。解決這個(gè)問(wèn)題相對(duì)比較復(fù)雜，除了在每組堆疊的磁道之間預(yù)留保護(hù)間隔，還需要在修改數(shù)據(jù)時(shí)，先將相鄰磁道的數(shù)據(jù)備份出來(lái)，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(pán)通常具有高達(dá)256MB的大緩存，用于在修改數(shù)據(jù)的時(shí)候存儲(chǔ)相鄰磁道的數(shù)據(jù)，相比之下一般磁盤(pán)的緩存只有64MB。

SMR技術(shù)讓HDD的容量再上一個(gè)臺(tái)階，這種技術(shù)適合大容量倉(cāng)儲(chǔ)式存儲(chǔ)需求，例如數(shù)據(jù)備份、RAID陣列和NAS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等應(yīng)用，備受企業(yè)級(jí)用戶喜愛(ài)。對(duì)于個(gè)人用戶而言，SMR硬盤(pán)搭配SSD系統(tǒng)盤(pán)，讓兩塊硬盤(pán)各司其職——一個(gè)提供高速運(yùn)行的性能，一個(gè)提供超大容量的存儲(chǔ)，是最好的組合。

本次的內(nèi)容是我們科普小貼士系列的第一期，以后我們會(huì)持續(xù)以深入淺出的解讀，為廣大希捷粉絲和硬盤(pán)使用者帶來(lái)更多有關(guān)存儲(chǔ)技術(shù)的知識(shí)。