世界上第一个硬盘驱动器IBM RAMAC 305于1956年发布，仅包含5 MB的数据，同时重970千克，其大小可与工业冰箱相媲美。现代企业旗舰产品具有20 TB的容量。试想一下：64年前，要记录如此多的信息，将需要超过400万个RAMAC 305，而放置它们所需的数据中心的大小将超过9平方公里，而今天的一个小盒子重约700克！存储密度的这种令人难以置信的增长大部分来自磁记录技术的改进。
令人难以置信，但是从1983年开始，硬盘驱动器的设计从未发生过40年的根本变化：那时，苏格兰公司Rodime开发的首款3.5英寸RO351硬盘驱动器获得了成功。这个小孩收到了两个每个10 MB的磁性板，也就是说，它能够容纳的数据是希捷在同年为IBM 5160个人计算机发布的更新后的5.25英寸ST-412的两倍。
Rodime RO351-世界上第一个3.5英寸硬盘驱动器
尽管具有创新性和紧凑的尺寸，但RO351发行时实际上几乎没有用，而且Rodime在硬盘驱动器市场中立足的所有尝试都失败了，这就是1991年该公司被迫出售几乎所有可用资产并将人员减少到最低限度而停止活动。但是，Rodime并非注定要破产：很快，最大的硬盘驱动器制造商开始求助于此，希望获得使用苏格兰人专利的外形的许可证。目前，3.5英寸是消费者和企业硬盘的公认标准。
随着神经网络，深度学习和物联网（IoT）的出现，人类创建的数据量开始像雪崩般增长。据分析机构IDC估计，到2025年，人们以及我们周围的人所产生的信息量将达到175 ZB（1 Zbayt = 10 21字节），尽管在2019年这一数字为45 ZBayt，在2016年为16 Zbytes，而在2006年，在整个可预见的历史记录中生成的数据总量未超过0.16（！）Zbytes。现代技术有助于应对信息爆炸，其中先进的数据记录方法并不是最后的方法。
LMR，PMR，CMR和TDMR：有什么区别？
硬盘驱动器的工作原理非常简单。覆盖有一层铁磁材料（即使在居里点以下的温度下即使暴露于外部磁场也能够保持磁化的结晶物质）的薄金属板相对于写入头块以较高速度（5400 rpm或更高）移动。当电流施加到书写头时，产生交变磁场，该交变磁场改变了铁磁体的畴（物质的离散区域）的磁化矢量的方向。由于电磁感应现象（域相对于传感器的运动会在传感器中产生交流电）而发生数据读取，或由于巨大的磁阻效应（传感器的电阻在磁场的影响下发生变化），如现代存储设备中所实现的那样。每个域编码一个信息位，根据磁化矢量的方向取逻辑值“ 0”或“ 1”。
长期以来，硬盘使用纵向磁记录（LMR）方法，其中畴磁化矢量在磁性板的平面中。尽管实现起来相对简单，但是该技术具有一个明显的缺点：为了克服矫顽力（磁性粒子过渡到单畴状态），必须在磁道之间留有一个令人印象深刻的缓冲区（所谓的保护空间）。结果，在该技术结束时获得的最大记录密度仅为150 Gbit / inch 2。
在2010年，LMR几乎完全被PMR（垂直磁记录-垂直磁记录）取代。该技术与纵向磁记录之间的主要区别在于，每个磁畴的磁方向矢量都与磁板表面成90°角，从而大大减小了磁道之间的间隙。
因此，数据记录密度显着增加（高达1 Tbit / inch 2在现代设备中），同时又不牺牲硬盘的速度特性和可靠性。当前，垂直磁记录在市场上占主导地位，这就是为什么它也常被称为CMR（常规磁记录）的原因。应当理解，PMR和CMR之间绝对没有区别-这只是名称的另一个版本。
在研究现代硬盘驱动器的技术规格时，您可能还会发现神秘的缩写TDMR。特别是，企业级Western Digital Ultrastar 500系列驱动器使用了该技术。从物理学的角度来看，TDMR（代表二维磁记录）与我们习惯的PMR没什么不同：像以前一样，我们处理的是不相交的磁道，这些磁畴的方向垂直于磁板的平面。这些技术之间的区别在于读取信息的方法。
在使用TDMR技术创建的硬盘驱动器磁头块中，每个记录头都有两个读出传感器，它们同时从每个通过的磁道中读取数据。这种冗余使HDD控制器能够有效滤除由轨道间干扰（ITI）引起的电磁噪声。
解决ITI问题有两个非常重要的好处：
- 降低噪声比可以通过减少磁道之间的距离来增加记录密度，与传统PMR相比，总容量最多可增加10％；
- RVS , TDMR , , .
SMR ?
写入头的大小约为读出传感器大小的1.7倍。这种令人印象深刻的差异可以用非常简单的方式来解释：如果将记录模块做得更小，它可以产生的磁场强度将不足以磁化铁磁层的磁畴，这意味着数据将无法保存。在读出传感器的情况下，不会出现此问题。而且，其小型化使得可以进一步减少上述ITI对信息读取过程的影响。
这一事实构成了带状磁记录（SMR）的基础。让我们弄清楚它是如何工作的。使用传统的PMR，磁头与每个先前的磁道偏移的距离等于其宽度+保护空间的宽度。
当使用平铺磁记录方法时，记录头仅向前移动一部分宽度，因此每个上一个磁道被下一个磁道部分覆盖：磁轨像屋顶瓦片一样相互重叠。这种方法可让您进一步提高记录密度，在不影响读取过程的情况下，最大可增加10％的容量。一个例子就是Western Digital Ultrastar DC HC 650，这是世界上第一个3.5英寸20TB SATA / SAS驱动器，它通过新的磁记录技术得以实现。因此，过渡到SMR驱动器使您能够以最小的成本升级IT基础架构来增加同一机架中的存储密度。
尽管具有如此重要的优势，但SMR也有明显的缺点。由于磁道相互重叠，因此更新数据不仅需要重写所需的片段，还需要重写磁板中的所有后续磁道，磁道的容量可能超过2 TB，这会严重影响性能。
将一定数量的轨道合并到称为区域的单独组中有助于解决此问题。尽管这种组织数据存储的方法在某种程度上减少了HDD的总容量（因为必须在区域之间保持足够的间隙以防止重写相邻组的磁道），但它可以显着加快数据更新过程，因为现在只涉及有限数量的磁道。
平铺磁记录建议了几种实现选项：
- 驱动器托管SMR（驱动器托管SMR）
它的主要优点是，由于HDD控制器接管了数据记录过程的控制，因此无需修改主机软件和/或硬件。可以将此类驱动器连接到具有所需接口（SATA或SAS）的任何系统，然后可以立即使用该驱动器。
这种方法的缺点是性能级别可变，这使得Drive Managed SMR不适合对系统性能的一致性至关重要的企业应用程序。但是，这样的磁盘在允许有足够时间执行数据后台碎片整理的方案中表现良好。例如，WD Red DMSMR驱动器它们经过优化，可用于小型8托架NAS系统，是需要长期存储备份的归档或备份系统的绝佳选择。
- 主机托管SMR（主机托管SMR）
主机托管SMR是在公司环境中使用的首选切片记录实施。在这种情况下，主机系统本身负责管理数据流和读/写操作，为此目的使用了由INCITS T10和T13开发的ATA（分区设备ATA命令集，ZAC）和SCSI（分区块命令，ZBC）接口扩展。 ...
使用HMSMR时，整个可用存储空间分为两种类型的区域：常规区域，用于存储元数据和随机写入（实际上，它们充当缓存），以及顺序写入所需的区域，它们占据较大的区域。严格按顺序写入数据的总硬盘容量的一部分。无序数据存储在缓存区域中，然后可以将其从该区域传输到相应的顺序写入区域。这允许所有物理扇区在径向上依次写入，并且仅在循环传输之后才被覆盖，从而实现稳定且可预测的系统性能。同时，HMSMR磁盘支持类似于驱动器的随机读取命令，使用标准PMR。
主机管理的SMR在企业级Western Digital Ultrastar HC DC 600系列硬盘中实现。
该产品线包括用于超大规模数据中心的大容量SATA和SAS驱动器。主机管理的SMR支持大大扩展了此类驱动器的范围：除备份系统外，它们还非常适合云存储，CDN或流平台。硬盘驱动器的高容量可让您以最小的升级成本显着提高存储密度（在同一机架中），并具有低功耗（每个TB的存储信息不超过0.29瓦）和散热（平均温度比硬盘低5°C）。类似物）-进一步降低维护数据中心的运营成本。
HMSMR的唯一缺点是实现的相对复杂性。问题是，如今没有操作系统或应用程序能够“开箱即用”地使用这种驱动器，这就是为什么需要对软件堆栈进行重大更改以适应IT基础架构的原因。首先，这当然涉及操作系统本身，在现代数据中心中使用多核和多路服务器的操作系统是一项相当艰巨的任务。要了解有关实现主机托管SMR支持的选项的更多信息，请访问ZonedStorage.io（专用的分区存储资源）。此处收集的信息将帮助您预先评估IT基础架构是否已准备好迁移到分区存储系统。
- 主机感知SMR（主机支持的SMR）
支持Host Aware SMR的设备将Drive Managed SMR的便利性和灵活性与Host Managed SMR的高写入速度结合在一起。这些驱动器与旧式存储系统向后兼容，并且可以在没有直接主机控制的情况下运行，但是在这种情况下，与DMSMR驱动器一样，它们的性能变得不可预测。
与主机管理的SMR一样，主机感知SMR使用两种类型的区域：用于随机写入的常规区域和顺序写入首选区域。与上述顺序写入所需区域相反，如果在其中开始无序数据记录，则后者会自动转移到普通区域中。
主机辅助的SMR实现提供了用于从不一致的写入中恢复的内部机制。无序数据被写入到缓存区域，在该区域中，磁盘在接收到所有必要的块之后可以将信息传输到顺序写入区域。磁盘使用间接表来管理乱序写入和后台碎片整理。但是，如果企业应用程序需要可预测和优化的性能，则只有在主机完全控制所有数据流和写入区域时，这仍然可以实现。