李实

机械硬盘的基本结构被称作温彻斯特（Winchester）结构，本刊在之前有关机械硬盘的技术文章中曾经很深入地探讨过它。从1973年IBM发明这种结构到现在，已经过去了足足有48年，但是温彻斯特结构以其简单、易用和大容量、高速度、高稳定性、高耐久的特性，一直被人们用作数据存储的最主要设备。

温彻斯特结构硬盘的特点是，通过浮动在磁盘上方以固定轨迹移动的磁头和与之匹配的高速旋转的圆形磁片之间的电磁效应，来实现数据的存储和读取，当然也需要相关电路进行数据的转换和对磁头、盘片移动的控制。这种结构的特点在于，其数据读取的速度受制于机械结构运转的速度和磁盘存储数据的密度，其数据存储的密度又受制于盘片材料和处理方式。

在过去的数十年间，人们在机械硬盘上做出了很多改进。磁头方面从早期的普通磁头到磁阻磁头再到巨磁阻磁头，盘片从普通的横向磁记录到垂直记录、叠瓦式记录等等，在此期间，机械硬盘也在不断地改进材料，提升数据存储密度。最终机械硬盘的容量从1995年的大约1G b/平方英寸提升至2020年大约1000Gb/平方英寸，提升了大约1000倍。

在达到这样的水平之后，要继续提升硬盘的数据存储密度就非常困难了。这是因为硬盘上用于存储数据的单位磁体也就是磁畴已经过于微小导致引发了超顺磁效应。所谓超顺磁效应，是指磁畴已经无法再继续缩小体积的情况下保持磁性，反而可能会由于微小的磁场扰动而改变磁场方向。……