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）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)械硬盤存儲(chǔ)密度的良方——SMR（疊瓦式磁性記錄）技術(shù)。

大部分非專業(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)械硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)

機(jī)械硬盤顧名思義,，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)的磁盤和讀取、寫(xiě)入數(shù)據(jù)的磁頭,。

▲磁道示意圖

一個(gè)磁盤上有上千個(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。磁盤運(yùn)行時(shí),，磁盤被電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn),，磁頭以納米級(jí)的距離在磁盤上懸浮,，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，硬盤制造商依然不停地想方設(shè)法提高硬盤的存儲(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——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硬盤搭配SSD系統(tǒng)盤,，讓兩塊硬盤各司其職——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使用者帶來(lái)更多有關(guān)存儲(chǔ)技術(shù)的知識(shí)。