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史上第一台硬碟問世

史上第一台硬碟問世

史上第一台硬碟問世

1956 年的今天(9 月 14 日),IBM 召開記者會展示最新的商用電腦 IBM 305 RAMAC。RAMAC 是「計算及控制的隨機存取方式」(Random Access Method of Accounting and Control)的簡稱,強調它配備了革命性的貯存裝置──史上第一部硬碟,可以迅速地隨機存取大量資料。總裁華生(Thomas J. Watson)豪氣地誇耀:「今天是 IBM 史上最重大的新產品發表日,我相信在辦公設備的歷史上也是。」

是的,之前的電腦主要仍用打孔卡片來讀取程式和貯存資料,儘管先後有各種新發明的貯存裝置,但不是容量很小,就是得從頭依序讀取資料,非常沒有效率。IBM 這台名為 350 的硬碟機長 152 公分,高 173 公分,深 74 公分,約莫兩台冰箱的大小,容量達 5 MB。

是的,你沒看錯,5 MB。如今我們會覺得不可思議,但當時的電腦只用來做計算數字,既沒有圖像也沒網際網路, 500 萬個字元的容量已經綽綽有餘了,這可相當於 62,500 張打孔卡片呢。

500 萬個字元是貯存在 50 片直徑 61 公分的圓形金屬片上,碟片表面塗滿一層薄薄的磁性微粒,微粒的磁場方向即可代表 0 或 1。運作時,碟片以每分鐘 1,200 轉的速度旋轉,鑲有兩根微小線圈的讀寫頭移到碟片上方 0.002 公分處,藉由改變磁性微粒的極性方向而寫入資料,或只是偵測微粒的極性以讀取資料。

硬碟機的讀寫頭。圖片來源:Wikipedia

讀寫頭和金屬碟片的運作若依比例放大,相當於戰鬥機只能以幾公尺的高度貼著地面高速飛行,需要相當高的技術才能如此精準控制,難怪 IBM 總裁華生這麼自豪。

值得一提的是,這台硬碟機的研發主管強生(Reynold Johnson)原本是高中老師,他在 1930 年代發明一種機器,可以讀取答案卷上鉛筆塗寫的記號,自動批改記分。IBM 向他買下專利,並招募他進來成為研發工程師。強生表現優異,1952 年被派往加州聖荷西(San Jose)設立實驗室並負責掌管,四年後便交出硬碟機這革命性的產品。

帶領 IBM 研發團隊發明硬碟機的強生(Reynold Johnson)。
圖片來源:Computer History Museum

強生帶領研發團隊繼續改良硬碟機,到了 1962 年,已經將體積縮小到相當於洗衣機的大小,同時把硬碟做成可抽換的卡匣,每個卡匣有 2 MB 的容量。

當然以現在的眼光來看,還是會覺得其笨重實在難以想像。拿 2022年頂級的 3.5 吋硬碟與第一台硬碟機 IBM 350 比較,體積只有五千分之一,容量卻有 20 TB,高達四百萬倍;而平均每一MB的價格反而只需三億分之一。

即使到了 1981 年,IBM 推出個人電腦時,硬碟仍相當昂貴,因此並未將硬碟納為標準配備,而是裝一台或兩台軟碟機,用磁碟片輸入程式或拷貝資料。這也是為什麼後來硬碟成為個人電腦的標準配備後,會被編為 C:,因為 A:和 B:已經被軟碟機用掉了。

如今硬碟變得物廉價美,當然是來自於技術的提昇,其中最大的突破就在於 1988 年,德國物理學家格倫貝格(Peter A. Grünberg)與法國物理學家費爾(Albert Fert)各自獨立發現的「巨磁阻效應」(Giant Magnetoresistance):將不同金屬材料像三明治那樣堆疊時,施加微弱的磁場就能導致電阻出現極大的改變。

將此放大的效應運用在硬碟上,就能讓讀寫頭對極為微小的磁場變化也能偵測到,代表同樣面積的磁性物質可以再提高密度,如此碟片尺寸不變,但儲存容量就大幅增加了。1997 年,IBM 推出第一顆利用巨磁阻效應的硬碟,一舉將原本頂多 2 GB 的 3.5 吋硬碟拉到 16 GB,自此硬碟的容量就迅速大幅擴增。格倫貝格與費爾也因為發現巨磁阻效應,於 2007 年共同獲得諾貝爾物理獎。

如今筆電、手機等攜帶性裝置成為消費主流,用戶端的傳統硬碟已逐漸被記憶體(或稱固態硬碟)取代,不過它只是從人們的身邊退隱至雲端,並不會消失。因為除了一般檔案,人們更是不斷地以照片與影片記錄生活,需要貯存的檔案越來越多也越大。相信在可見的未來,問世已超過一甲子的硬碟仍將繼續成長進化。

參考資料:

  1. IBM Archives: IBM 350 disk storage unit
  2. Reynold B. Johnson – Wikipedia
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