mfm是什麼儀器

1. 科研常用的幾種顯微鏡原理及應用介紹

在科研中常見的幾種科研型顯微鏡主要有掃描探針顯微鏡，掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡幾種，下面對這幾種顯微鏡逐一做以介紹：
掃描探針顯微鏡
掃描探針顯微鏡
掃描探針顯微鏡（ScanningProbeMicroscope，SPM）是掃描隧道顯微鏡及在掃描隧道顯微鏡的基礎上發展起來的各種新型探針顯微鏡（原子力顯微鏡AFM,激光力顯微鏡LFM，磁力顯微鏡MFM等等）的統稱，是國際上近年發展起來的表面分析儀器，是綜合運用光電子技術、激光技術、微弱信號檢測技術、精密機械設計和加工、自動控制技術、數字信號處理技術、應用光學技術、計算機高速採集和控制及高分辨圖形處理技術等現代科技成果的光、機、電一體化的高科技產品。
掃描探針顯微鏡以其解析度極高（原子級解析度）、實時、實空間、原位成像，對樣品無特殊要求（不受其導電性、乾燥度、形狀、硬度、純度等限制）、可在大氣、常溫環境甚至是溶液中成像、同時具備納米操縱及加工功能、系統及配套相對簡單、廉價等優點，廣泛應用於納米科技、材料科學、物理、化學和生命科學等領域，並取得許多重要成果。SPM作為新型的顯微工具與以往的各種顯微鏡和分析儀器相比有著其明顯的優勢：
首先，SPM具有極高的解析度。它可以輕易的「看到」原子，這是一般顯微鏡甚至電子顯微鏡所難以達到的。
其次，SPM得到的是實時的、真實的樣品表面的高解析度圖像。而不同於某些分析儀器是通過間接的或計算的方法來推算樣品的表面結構。也就是說，SPM是真正看到了原子。
再次，SPM的使用環境寬松。電子顯微鏡等儀器對工作環境要求比較苛刻，樣品必須安放在高真空條件下才能進行測試。而SPM既可以在真空中工作，又可以在大氣中、低溫、常溫、高溫，甚至在溶液中使用。
因此SPM適用於各種工作環境下的科學實驗。SPM的應用領域是寬廣的。無論是物理、化學、生物、醫學等基礎學科，還是材料、微電子等應用學科都有它的用武之地。SPM的價格相對於電子顯微鏡等大型儀器來講是較低的。任何事物都不是十全十美的一樣，SPM也有令人遺憾的地方。
由於其工作原理是控制具有一定質量的探針進行掃描成像，因此掃描速度受到限制，測效率較其他顯微技術低；由於壓電效應在保證定位精度前提下運動范圍很小（目前難以突破100μm量級），而機械調節精度又無法與之銜接，故不能做到象電子顯微鏡的大范圍連續變焦，定位和尋找特徵結構比較困難；目前掃描探針顯微鏡中最為廣泛使用管狀壓電掃描器的垂直方向伸縮范圍比平面掃描范圍一般要小一個數量級，掃描時掃描器隨樣品表面起伏而伸縮，如果被測樣品表面的起伏超出了掃描器的伸縮范圍，則會導致系統無法正常甚至損壞探針。
因此，掃描探針顯微鏡對樣品表面的粗糙度有較高的要求；由於系統是通過檢測探針對樣品進行掃描時的運動軌跡來推知其表面形貌，因此，探針的幾何寬度、曲率半徑及各向異性都會引起成像的失真（採用探針重建可以部分克服）
掃描隧道顯微鏡
掃描隧道顯微鏡
掃描隧道顯微鏡(scanningtunnelingmicroscope，STM)掃描隧道顯微鏡的英文縮寫是ＳＴＭ。這是２０世紀８０年代初期出現的一種新型表面分析工具。由德國人賓寧(G.Binnig,1947-)和瑞士人羅勒(H.Roher,1933-)1981年發明，根據量子力學原理中的隧道效應而設計。
賓寧和羅勒因此獲得1986年諾貝爾獎.1988年，IBM科學家從由掃描隧道顯微鏡激發的納米尺度的局部區域觀測到了光子發射，從而使發光及熒光等現象能夠在納米尺度上進行研究。1989年，IBM院士（IBMFellow）DonEigler成為第一個能夠對單個原子表面進行操作的人，通過用一台「掃描隧道顯微鏡」操控35個氙原子的位置，拼寫出了「I-B-M」3個字母。1991年，IBM科學家演示了一個原子開關。
基本原理：其基本原理是基於量子力學的隧道效應和三維掃描。它是用一個極細的尖針，針尖頭部為單個原子去接近樣品表面，當針尖和樣品表面靠得很近，即小於１納米時，針尖頭部的原子和樣品表面原子的電子雲發生重疊。此時若在針尖和樣品之間加上一個偏壓，電子便會穿過針尖和樣品之間的勢壘而形成納安級１０Ａ的隧道電流。通過控制針尖與樣品表面間距的恆定，並使針尖沿表面進行精確的三維移動，就可將表面形貌和表面電子態等有關表面信息記錄下來。掃描隧道顯微鏡具有很高的空間解析度，橫向可達０．１納米，縱向可優於０．０１納米。它主要用來描繪表面三維的原子結構圖，在納米尺度上研究物質的特性，利用掃描隧道顯微鏡還可以實現對表面的納米加工，如直接操縱原子或分子，完成對表面的刻蝕、修飾以及直接書寫等。目前掃描隧道顯微鏡取得了一系列新進展，出現了原子力顯微鏡ＡＦＭ、彈道電子發射顯微鏡ＢＥＥＭ、光子掃描隧道顯微鏡ＰＳＴＭ，以及掃描近場光學顯微鏡ＳＮＯＭ等。
或者用一個金屬針尖在在樣品表面掃描。當針尖和樣品表面距離很近時(1nm以下)，針尖和樣品表面之間會產生電壓。當針尖沿X和Y方向在樣品表面掃描時，就會在針尖和樣品表面第一層電子之間產生電子隧道。該顯微鏡設計的沿Z字形掃描，可保持電流的恆定。因此，針尖的移動是隧道電流的作用，並且可以反映在熒光幕上。連續的掃描可以建立起原子級解析度的表面像。
特點：與電子顯微鏡或X線衍射技術研究生物結構相比，掃描隧道顯微鏡具有以下特點∶
①高解析度掃描隧道顯微鏡具有原子級的空間解析度，其橫向空間解析度為lÅ，縱向解析度達0.1Å，
②掃描隧道顯微鏡可直接探測樣品的表面結構，可繪出立體三維結構圖像。
③掃描隧道顯微鏡可在真空、常壓、空氣、甚至溶液中探測物質的結構，它的優點是三態（固態、液態和氣態）物質均可進行觀察，而普通電鏡只能觀察製作好的固體標本，由於沒有高能電子束，對表面沒有破壞作用(如輻射，熱損傷等)所以能對生理狀態下生物大分子和活細胞膜表面的結構進行研究，樣品不會受到損傷而保持完好。
④掃描隧道顯微鏡的掃描速度快，獲取數據的時間短，成像也快，有可能開展生命過程的動力學研究。
⑤不需任何透鏡，體積小，有人稱之為"口袋顯微鏡"(pocketmicroscope)。
原子力顯微鏡
原子力顯微鏡
原子力顯微鏡:是一種利用原子,分子間的相互作用力來觀察物體表面微觀形貌的新型實驗技術.它有一根納米級的探針,被固定在可靈敏操控的微米級彈性懸臂上.當探針很靠近樣品時,其頂端的原子與樣品表面原子間的作用力會使懸臂彎曲,偏離原來的位置.根據掃描樣品時探針的偏離量或振動頻率重建三維圖像.就能間接獲得樣品表面的形貌或原子成分。
它通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質的表面結構及性質。將一對微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發生形變或運動狀態發生變化。
掃描樣品時，利用感測器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級解析度獲得表面結構信息。它主要由帶針尖的微懸臂、微懸臂運動檢測裝置、監控其運動的反饋迴路、使樣品進行掃描的壓電陶瓷掃描器件、計算機控制的圖像採集、顯示及處理系統組成。微懸臂運動可用如隧道電流檢測等電學方法或光束偏轉法、干涉法等光學方法檢測，當針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時，檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像，一般情況下解析度也在納米級水平。

2. 陸輕鈾：聚焦極端環境，洞悉材料特性

微觀世界隱藏著另一個宇宙，令人神往。

光學顯微鏡可以觀察到肉眼看不到的生物細胞。電子顯微鏡的發明，讓人們進一步看到了細胞內部的結構。伴隨著科學技術的進步，第一台掃描隧道顯微鏡（STM）問世，標志著人類進入了可以在真實空間中直接觀測原子和操縱原子的時代，從此打開了另一扇科學研究之門。

幾十年間，科學家們不斷地在這個領域開拓進取，為掃描隧道顯微鏡成熟化、多樣化、分工化、專業化的發展添磚加瓦。時至今日，人們可以憑借掃描探針顯微技術，對凝聚態物理學、物理電子學、生物學、電化學乃至航空學等多種學科中的微觀世界進行觀測、檢測和操控。

各種極端條件掃描探針顯微鏡研製一直都是科學家們研究的重點。在極端條件如超高真空、低溫和強磁場等環境下，很多材料表現出了一些非常奇異的物理性質，如超導、量子霍爾效應和量子相變等。因此，搭建一台能夠在極端條件下工作的掃描探針顯微鏡成為世界上很多科研人的目標。因為在強磁場下有太多新奇的物理現象可以用掃描探針顯微鏡來表徵，多年來中國科學技術大學教授、中國科學院合肥物質科學研究院強磁場中心研究員陸輕鈾就一直在這一方向上攻關不輟，並與團隊成員們做出了許多世界領先的科研成果。

物理之美在於其普適萬物。作為一門以科學實驗為基礎的學科，它通過不同的物理現象，總結實驗規律、發現科學奧秘，誕生了一系列具有普世意義的科學研究成果。

生活在科學世家的陸輕鈾，父親和母親從高校畢業後，都選擇踏入科學研究領域，幾十年來，一直在物理、化學等研究領域中深耕不輟。在家裡濃厚的科研氛圍熏陶下，陸輕鈾和妹妹陸輕銥也雙雙踏上了科研之路，在力求做出更多科研成果的道路上腳踏實地前行著。

一直以來，美國的 科技 公司在世界上處於領先地位，技術管理等方面十分先進。在還是一名學生的時候，陸輕鈾就對自己的人生做出了規劃：他希望在獲得博士學位之後能前往美國的 科技 公司工作5年時間，了解一下美國的高 科技 公司是怎樣運作管理的，技術是怎樣發展起來的，怎樣將其進行產業化，進而提高產品的經濟效益，之後再回國從事科研與成果轉化工作。

2000年，陸輕鈾開始在美國Cypress半導體公司任技術主管，是公司僅有的兩個持O-1傑出人才簽證的人之一。在公司「work hard and play hard」（拚命工作，拚命 娛樂 ）的科研宗旨影響下，陸輕鈾和研究團隊成員們在工作中從未有過一刻鬆懈。在他看來，特別是對於頂尖科研技術的開發及科研產品的研製，毫秒間，世界上就會誕生很多領先於自己的科學研究成果。因此，從事科學研究要有一種憂患意識和時刻努力、不斷創新的自覺。在美國Cypress半導體公司工作期間，陸輕鈾主要從事超大規模集成電路工藝的研製，並於2004年成為當時最先進的90納米項目負責人。在他的領導下，研究團隊通過不斷攻關，研製成功了國際首個72兆比特QDR-SRAM晶元產品，在領域內引起了很大的反響。

科研立足國之所需，是陸輕鈾一直以來的研究初衷。「早在國外讀書的時候，我就決定了一定要回國，這點是毫無疑問的。」陸輕鈾說。在他的眼中，將科學研究的果實播種在祖國的大地上，才是最有意義的。

結束了國外多年的科學研究旅程，陸輕鈾拒絕了公司以豐厚的報酬向他發出的更高職位邀請，毅然決然回國，於2005年來到中國 科技 大學微尺度國家研究中心擔任教授。來到這一平台之後，他結合之前的研究基礎，將研究集中在各種極端條件（氦3與稀釋製冷機極低溫）、惡劣條件（水冷磁體與混合磁體超強磁場）掃描隧道顯微鏡、磁力顯微鏡、原子力顯微鏡（AFM）的自主研製上，並應用於凝聚態物理、納米材料以及活性溶液中的生物分子與化學過程等多學科成像研究，做出了一系列創新性科研成果。

追根溯源，事實上，早在20世紀80年代初期，IBM公司蘇黎世實驗室的G· Binning和H·Rohrer就發明了掃描隧道顯微鏡（STM），它的解析度達到0.1納米。STM的誕生，使人類第一次在真實空間中觀測到了單個原子，並能夠在超高真空超低溫的條件下操縱原子。在掃描隧道顯微鏡基礎上，研究人員又發展出了原子力顯微鏡、磁力顯微鏡、近場光學顯微鏡等，這些顯微鏡都統稱掃描探針顯微鏡。因為它們都是靠一根極尖銳針尖在被研究物質的表面上方掃描，檢測採集針尖和樣品間的不同作用量，以此得到樣品表面的高空間分辨的形貌圖像和有關的電、光與化學特性。如：掃描隧道顯微鏡檢測的是隧道電流，原子力顯微鏡測試的是原子間相互作用力等。

「但它們都有短板：特別怕振，我們希望能夠做出一個性能更好的顯微鏡，力爭在各種惡劣條件下依然能夠得到原子級靈敏、精準的測量。」陸輕鈾說。極低溫、極高磁場中存在各種各樣的氦循環或水循環，因此就導致了它的整個環境振動十分嚴重，但掃描隧道顯微鏡對振動和聲音等哪怕很微弱的干擾都很敏感，所以對隔音、減振裝置提出了很高的要求，以保證「准靜態」的成像環境。「在這種情況下，就要想盡辦法讓我們研製的顯微鏡能夠更加抗振，即使在極度惡劣的條件下依然能夠觀測到高清原子解析度圖像，這樣才能夠形成我們特有的技術優勢。」他說。

通常，科學家如果想要得到很強的磁場環境，會選擇將超導材料做成線圈，然後浸泡在液氦里，材料就會處於零電阻的超導態。在這一狀態下，其就會通過大電流產生強磁場且不會發熱，但這種超導體磁場存在一個重要弊端，即磁場不夠強，一般到20特斯拉或稍高一點就會失超，不能再增加。

在這種情況下，科學家一般會選擇將銅這類材料做成剛性很強的線圈，從而得到30特斯拉以上的超強磁場，但是這種銅制線圈需要通以特別大的電流才能產生超強磁場。這種線圈不像超導材料是零電阻，它會產生巨大熱量，因此要使用很強的高壓水流對其進行冷卻，而這又會帶來巨大的振動，在這種惡劣條件下，全世界沒有人能將任何具有原子解析度的顯微鏡放進去進行觀測。

陸輕鈾團隊長期以來一直致力於強振動、氣-液反應環境等惡劣條件原子解析度成像，並最終實現了「水冷強磁體超惡劣條件」和「反應溶液惡劣條件」中的高清晰原子解析度成像。通過多年的攻關，他們已經自主研製成功國際首個水冷磁體超強磁場原子分辨STM，並在創紀錄的27T超強磁場下得到原子分辨圖像。在此基礎上，他們還自主研製成功了國際首個混合磁體超強磁場原子分辨STM，並在創紀錄的30T以上超強磁場下得到原子分辨圖像。相關研究處於世界領先地位。

除此之外，陸輕鈾團隊還將原子解析度STM放在一些具有活性或者化學反應的溶液中，去觀察在這種狀態下的原子解析度圖像，並突破了之前的研究瓶頸，得到了清晰且穩定的原子解析度圖像，並發表了相關文章。

在商業上，現有的低溫強磁場掃描隧道顯微鏡設備多是基於振動和聲音干擾都很弱的濕式（液氦浸泡式）超導磁體來搭建的，其弊端也逐漸顯現：設備高度依賴液氦的供給，而液氦的供應日趨緊張，運行費用不斷增加，甚至遠超磁體本身的費用；此外，重要樣品的掃描隧道顯微鏡譜圖往往需要數天乃至數周的連續穩定測量，而濕式超導體通常很難一次性維持如此之久。目前的趨勢是由依賴液氦降溫的濕式超導磁體逐漸轉向利用氦循環製冷機（無需補充液氦或氦氣的封閉系統）降溫的乾式超導磁體，並且已經在很多測試手段（輸運測試、核磁共振、樣品生長等）中取得應用，但在掃描隧道顯微鏡應用領域還屬空白，其主要是因為乾式超導磁體工作時會產生超強振動和聲學雜訊。

在這一背景下，陸輕鈾課題組通過不斷攻關，又研製成功了國際首個適用於乾式超導磁體的插桿式原子分辨掃描隧道顯微鏡。相關研究成果發表在顯微鏡領域頂級期刊 Ultramicros 上。在此之後，他們通過建立「合肥中科微力 科技 有限公司（www.CASmF.com）」這一平台，與英國著名的牛津儀器公司簽署了長期協議，努力推進市場化進程。目前，已經有多套產品通過了客戶的驗收，且運營效果良好。

陸輕鈾團隊的科研 探索 之路從未止歇。2017年，陸輕鈾開始擔任國家重點研發計劃「基於加速器光源的高通量物性與結構原位表徵」首席科學家。在這一項目中，他們將掃描探針顯微技術與同步輻射加速器先進光源以及強磁場結合起來，將光學顯微鏡的解析度從微米級提高到納米級，並使其能夠在低溫強磁場環境下對材料進行調控與磁疇結構觀測。目前這類研究在世界上還未有先例，成果誕生之後，或將創造出世界領先的科研成果。現如今，這一項目正在穩步進行中。

創新是科學家的使命。在陸輕鈾看來，創新是一種習慣，任何事情都要想著自己獨立去做，而不是去買，將此作為自己的研究潛意識，不斷提升自己的研究方法與水平，通過不斷創新 探索 ，就會有更多自主創新的科研成果產生。

一直以來，陸輕鈾團隊一直在做國際領先的儀器。在他看來，商業儀器是批量生產的，創造性的科研想法很難融入其中，也不能確保每個元器件的精良。但是自己研發的設備，每一個元件都可以進行精挑細選，一些巧妙的想法都可以及時在其中得到實現。

在科研創新的道路上篤行多年來，陸輕鈾獲授權30餘項國家發明專利；以第一或通訊作者發表論文於 Science、Nature Materials、Nature Communications、 Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Nano Letters、eLife 等高影響刊物。

在優異的科研成果基礎上，陸輕鈾還於2005年入選教育部新世紀優秀人才，2010年入選中國科學院關鍵技術人才，2015年入選南京321領軍 科技 創業人才；2018年起任美國著名科學儀器期刊 Review of Scientific Instruments 副主編；2017年榮獲中國科學院傑出 科技 成就獎，2019年榮獲安徽省科學技術獎特等獎（首屆），2020年榮獲安徽省政府津貼等。這一切都是對他多年來創新篤行的肯定與鼓舞。

育人為學，兢兢業業。作為新時期科研學子的領路人，陸輕鈾也希望自己的學生們能夠在科研興趣的驅使下，在研究領域不斷深入下去。他相信，只要新一代的科研學子們能夠將科研技術打磨得更加扎實，在任何領域都會發光發熱。

踏實科研，無問西東。對於未來的科學發展規劃，陸輕鈾還將一邊從事在極端條件下工作的掃描探針顯微鏡的研發工作，一邊尋求更多的高校與企業間的產學研合作，以此來發現一些更先進的儀器原理。面對未來科研領域的更多可能，他堅信在各種極端條件下掃描探針顯微鏡的研發中，他與研究團隊一定會做出更多領先世界的科研成果，在這一領域踏出屬於中國科研人擲地有聲的腳步。

陸輕鈾，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心教授、中國科學院強磁場中心研究員。主要從事各種極端條件、惡劣條件掃描隧道顯微鏡（STM）、磁力顯微鏡（MFM）、原子力顯微鏡（AFM）的自主研製，並應用於凝聚態物理、納米材料，以及活性溶液中的生物分子與化學過程等多學科成像研究。

從事科研多年來，授權30餘項國家發明專利。以第一或通訊作者發表論文於 Science、Nature Materials、Nature Communications 等高影響刊物。2017年成為國家重點研發計劃項目負責人；2018年起任國際著名科學儀器期刊 Review of Scientific Instruments 副主編；2017年榮獲中國科學院傑出 科技 成就獎；2019年榮獲安徽省科學技術獎特等獎（首屆）。

3. 硬碟發展史

全面的硬碟知識

硬碟，英文「hard-disk」簡稱HD 。

是一種儲存量巨大的設備，作用是儲存計算機運行時需要的數據。

體現硬碟好壞的主要參數為傳輸率，其次的為轉速、單片容量、尋道時間、緩存、噪音和S.M.A.R.T.

1956年IBM公司製造出世界上第一塊硬碟350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control），它的數據為：容量5MB、碟片直徑為24英寸、碟片數為50片、重量上百公斤。

碟片上有一層磁性物質，被軸帶著旋轉，有磁頭移動著存儲數據，實現了隨機存取。

1970年磁碟誕生

1973年IBM公司製造出了一台640MB的硬碟、第一次採用「溫徹斯特」技術，是現在硬碟的開端，因為磁頭懸浮在碟片上方，所以鍍磁的碟片在密封的硬碟里可以飛速的旋轉，但有好幾十公斤重。

1975年Soft-adjacent layer（軟接近層）專利的MR磁頭結構產生

1979年IBM發明了薄膜磁頭，這意味著硬碟可以變的很小，速度可以更快，同體積下硬碟可以更大。

1979年IBM 3370誕生，它是第一款採用thin-film感應磁頭及Run-Length-Limited(RLL)編碼配置的硬碟，"2-7"RLL編碼將能減小硬碟錯誤

1986年IBM 9332誕生，它是第一款使用更高效的1-7 run-length-limited(RLL)代碼的硬碟。

1989年第一代MR磁頭出現

1991年IBM磁阻MR（Mago Resistive)磁頭硬碟出現。

帶動了一個G的硬碟也出現。

磁阻磁頭對信號變化相當敏感，所以碟片的存儲密度可以得到幾十倍的提高。

意味著硬碟的容量可以作的更大。

意味著硬碟進入了G級時代。

1993年GMR(巨磁阻磁頭技術)推出，這使硬碟的存儲密度又上了一個台階。

認識硬碟

硬碟是電腦中的重要部件，大家所安裝的操作系統（如：Windows 9x、Windows 2k…）及所有的應用軟體（如：Dreamwaver、Flash、Photoshop…）等都是位於硬碟中，或許你沒感覺到吧！但硬碟確實非常重要，至少目前它還是我們存儲數據的主要場所，那你對硬碟究竟了解多少了？可能你對她一竅不通，不過沒關系，請見下文。

一、硬碟的歷史與發展

從第一塊硬碟RAMAC的產生到現在單碟容量高達15GB多的硬碟，硬碟也經歷了幾代的發展，下面就介紹一下其歷史及發展。

1.1956年9月，IBM的一個工程小組向世界展示了第一台磁碟存儲系統IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control），其磁頭可以直接移動到碟片上的任何一塊存儲區域，從而成功地實現了隨機存儲，這套系統的總容量只有5MB，共使用了50個直徑為24英寸的磁碟，這些碟片表面塗有一層磁性物質，它們被疊起來固定在一起，繞著同一個軸旋轉。

此款RAMAC在那時主要用於飛機預約、自動銀行、醫學診斷及太空領域內。

2.1968年IBM公司首次提出「溫徹斯特/Winchester」技術，探討對硬碟技術做重大改造的可能性。

「溫徹斯特」技術的精隋是：「密封、固定並高速旋轉的鍍磁碟片，磁頭沿碟片徑向移動，磁頭懸浮在高速轉動的碟片上方，而不與碟片直接接觸」，這也是現代絕大多數硬碟的原型。

3.1973年IBM公司製造出第一台採用「溫徹期特」技術的硬碟，從此硬碟技術的發展有了正確的結構基礎。

4.1979年，IBM再次發明了薄膜磁頭，為進一步減小硬碟體積、增大容量、提高讀寫速度提供了可能。

5.80年代末期IBM對硬碟發展的又一項重大貢獻，即發明了MR（Mago Resistive)磁阻，這種磁頭在讀取數據時對信號變化相當敏感，使得碟片的存儲密度能夠比以往20MB每英寸提高了數十倍。

6.1991年IBM生產的3.5英寸的硬碟使用了MR磁頭，使硬碟的容量首次達到了1GB，從此硬碟容量開始進入了GB數量級。

7.1999年9月7日，Maxtor宣布了首塊單碟容量高達10.2GB的ATA硬碟，從而把硬碟的容量引入了一個新里程碑。

8.2000年2月23日，希捷發布了轉速高達15，000RPM的Cheetah X15系列硬碟，其平均尋道時間只有3.9ms，這可算是目前世界上最快的硬碟了，同時它也是到目前為止轉速最高的硬碟；其性能相當於閱讀一整部Shakespeare只花.15秒。

此系列產品的內部數據傳輸率高達48MB/s，數據緩存為4~16MB，支持Ultra160/m SCSI及Fibre Channel(光纖通道) ，這將硬碟外部數據傳輸率提高到了160MB~200MB/s。

總得來說，希捷的此款（"捷豹"）Cheetah X15系列將硬碟的性能提高到了一個新的里程碑。

9.2000年3月16日，硬碟領域又有新突破，第一款「玻璃硬碟」問世，這就是IBM推出的Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV，此兩款硬碟均使用玻璃取代傳統的鋁作為碟片材料，這能為硬碟帶來更大的平滑性及更高的堅固性。

另外玻璃材料在高轉速時具有更高的穩定性。

此外Deskstar 75GXP系列產品的最高容量達75GB，這是目前最大容量的硬碟，而Deskstar 40GV的數據存儲密度則高達14.3 十億數據位/每平方英寸，這再次涮新數據存儲密度世界記錄。

二、硬碟分類

目前的硬碟產品內部碟片有：5.25，3.5，2.5和1.8英寸（後兩種常用於筆記本及部分袖珍精密儀器中，現在台式機中常用3.5英寸的碟片）；如果按硬碟與電腦之間的數據介面，可分為兩大類：IDE介面及SCSI介面硬碟兩大陣營。

三、技術規格

目前台式機中硬碟的外形差不了多少，在技術規格上有幾項重要的指標：

1.平均尋道時間（average seek time），指硬碟磁頭移動到數據所在磁軌時所用的時間，單位為毫秒（ms）。

注意它與平均訪問時間的差別，平均尋道時間當然是越小越好，現在選購硬碟時應該選擇平均尋道時間低於9ms的產品。

2.平均潛伏期（average latency），指當磁頭移動到數據所在的磁軌後，然後等待所要的數據塊繼續轉動（半圈或多些、少些）到磁頭下的時間，單位為毫秒（ms）。

3.道至道時間（single track seek），指磁頭從一磁軌轉移至另一磁軌的時間，單位為毫秒（ms）。

4.全程訪問時間（max full seek），指磁頭開始移動直到最後找到所需要的數據塊所用的全部時間，單位為毫秒（ms）。

5.平均訪問時間（average access），指磁頭找到指定數據的平均時間，單位為毫秒。

通常是平均尋道時間和平均潛伏時間之和。

注意：現在不少硬碟廣告之中所說的平均訪問時間大部分都是用平均尋道時間所代替的。

6.最大內部數據傳輸率（internal data transfer rate），也叫持續數據傳輸率（sustained transfer rate），單位Mb/S（注意與MB/S之間的差別）。

它指磁頭至硬碟緩存間的最大數據傳輸率，一般取決於硬碟的碟片轉速和碟片數據線密度（指同一磁軌上的數據間隔度）。

注意，在這項指標中常常使用Mb/S或Mbps為單位，這是兆位/秒的意思，如果需要轉換成MB/S（兆位元組/秒），就必須將Mbps數據除以8（一位元組8位數）。

例如，WD36400硬碟給出的最大內部數據傳輸率為131Mbps,但如果按MB/S計算就只有16.37MB/s（131/8）。

7.外部數據傳輸率：通稱突發數據傳輸率（burst data transfer rate），指從硬碟緩沖區讀取數據的速率，在廣告或硬碟特性表中常以數據介面速率代替，單位為MB/S。

目前主流硬碟普通採用的是Ultra ATA/66，它的最大外部數據率即為66.7MB/s，而在SCSI硬碟中，採用最新的Ultra 160/m SCSI介面標准，其數據傳輸率可達160MB/s，採用Fibra Channel（光纖通道），最大外部數據傳輸將可達200MB/s。

在廣告中我們有時能看到說雙Ultra 160/m SCSI的介面，這理論上將最大外部數據傳輸率提高到了320MB/s，但目前好像還沒有結合有此介面的產品推出。

8.主軸轉速：是指硬碟內主軸的轉動速度，目前ATA（IDE）硬碟的主軸轉速一般為5400~7200rpm，主流硬碟的轉速為7200RPM，至於SCSI硬碟的主軸轉速可達一般為7200~10，000RPM，而最高轉速的SCSI硬碟轉速高達15，000RPM（即希捷「捷豹X15」系列硬碟）。

9.數據緩存：指在硬碟內部的高速存儲器：目前硬碟的高速緩存一般為512KB~2MB，目前主流ATA硬碟的數據緩存應該為2MB，而在SCSI硬碟中最高的數據緩存現在已經達到了16MB。

對於大數據緩存的硬碟在存取零散文件時具有很大的優勢。

10.硬碟表面溫度：它是指硬碟工作時產生的溫度使硬碟密封殼溫度上升情況。

這項指標廠家並不提供，一般只能在各種媒體的測試數據中看到。

硬碟工作時產生的溫度過高將影響薄膜式磁頭(包括GMR磁頭)的數據讀取靈敏度，因此硬碟工作表面溫度較低的硬碟有更好的數據讀、寫穩定性。

如果對於高轉速的SCSI硬碟一般來說應該加一個硬碟冷卻裝置，這樣硬碟的工作穩定性才能得到保障。

11.MTBF（連續無故障時間）：它指硬碟從開始運行到出現故障的最長時間，單位是小時。

一般硬碟的MTBF至少在30000或40000小時。

這項指標在一般的產品廣告或常見的技術特性表中並不提供，需要時可專門上網到具體生產該款硬碟的公司網址中查詢。

四、介面標准

ATA介面，這是目前台式機硬碟中普通採用的介面類型。

ST-506/412介面：

這是希捷開發的一種硬碟介面，首先使用這種介面的硬碟為希捷的ST－506及ST－412。

ST－506介面使用起來相當簡便，它不需要任何特殊的電纜及接頭，但是它支持的傳輸速度很低，因此到了1987年左右這種介面就基本上被淘汰了，採用該介面的老硬碟容量多數都低於200MB。

早期IBM PC/XT和PC/AT機器使用的硬碟就是ST－506/412硬碟或稱MFM硬碟，MFM（Modified Frequency Molation）是指一種編碼方案 。

ESDI介面：

即（Enhanced Small Drive Interface）介面，它是邁拓公司於1983年開發的。

其特點是將編解碼器放在硬碟本身之中，而不是在控制卡上，理論傳輸速度是前面所述的ST-506的2…4倍，一般可達到10Mbps。

但其成本較高，與後來產生的IDE介面相比無優勢可言，因此在九十年代後就補淘汰了

IDE及EIDE介面：

IDE（Integrated Drive Electronics）的本意實際上是指把控制器與盤體集成在一起的硬碟驅動器，我們常說的IDE介面，也叫ATA（Advanced Technology Attachment）介面，現在PC機使用的硬碟大多數都是IDE兼容的，只需用一根電纜將它們與主板或介面卡連起來就可以了。

把盤體與控制器集成在一起的做法減少了硬碟介面的電纜數目與長度，數據傳輸的可靠性得到了增強，硬碟製造起來變得更容易，因為廠商不需要再擔心自己的硬碟是否與其它廠商生產的控制器兼容，對用戶而言，硬碟安裝起來也更為方便。

ATA-1(IDE)：

ATA是最早的IDE標準的正式名稱，IDE實際上是指連在硬碟介面的硬碟本身。

ATA在主板上有一個插口，支持一個主設備和一個從設備，每個設備的最大容量為504MB，ATA最早支持的PIO-0模式（Programmed I/O-0）只有3.3MB/s，而ATA-1一共規定了3種PIO模式和4種DMA模式（沒有得到實際應用），要升級為ATA-2，你需要安裝一個EIDE適配卡。

ATA-2（EIDE Enhanced IDE/Fast ATA）：

這是對ATA-1的擴展，它增加了2種PIO和2種DMA模式，把最高傳輸率提高到了16.7MB/s，同時引進了LBA地址轉換方式，突破了老BIOS固有504MB的限制，支持最高可達8.1GB的硬碟。

如你的電腦支持ATA-2，則可以在CMOS設置中找到（LBA，LogicalBlock Address）或（CHS，Cylinder,Head,Sector）的設置。

其兩個插口分別可以連接一個主設備和一個從設置，從而可以支持四個設備，兩個插口也分為主插口和從插口。

通常可將最快的硬碟和CD—ROM放置在主插口上，而將次要一些的設備放在從插口上，這種放置方式對於486及早期的Pentium電腦是必要的，這樣可以使主插口連在快速的PCI匯流排上，而從插口連在較慢的ISA匯流排上。

ATA-3(FastATA-2)：

這個版本支持PIO-4，沒有增加更高速度的工作模式（即仍為16.7MB/s)，但引入了簡單的密碼保護的安全方案，對電源管理方案進行了修改，引入了S.M.A.R.T(Self-Monitoring,Analysis and Reporting Technology，自監測、分析和報告技術)

ATA-4(UltraATA、UltraDMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66)：

這個新標准將PIO-4下的最大數據傳輸率提高了一倍，達到33MB/s，或更高的66MB/s。

它還在匯流排佔用上引入了新的技術，使用PC的DMA通道減少了CPU的處理負荷。

要使用Ultra-ATA，需要一個空閑的PCI擴展槽，如果將UltraATA硬碟卡插在ISA擴展槽上，則該設備不可能達到其最大傳輸率，因為ISA匯流排的最大數據傳輸率只有8MB/s 。

其中的Ultra ATA/66（即Ultra DMA/66）是目前主流桌面硬碟採用的介面類型，其支持最大外部數據傳輸率為66.7MB/s。

Serial ATA：

新的Serial ATA（即串列ATA），是英特爾公司在今年IDF（Intel Developer Forum，英特爾開發者論壇） 發布的將於下一代外設產品中採用的介面類型，就如其名所示，它以連續串列的方式傳送資料，在同一時間點內只會有1位數據傳輸，此做法能減小介面的針腳數目，用四個針就完成了所有的工作（第1針發出、2針接收、3針供電、4針地線）。

這樣做法能降低電力消耗，減小發熱量。

最新的硬碟介面類型ATA-100就是Serial ATA是初始規格，它支持的最大外部數據傳輸率達100MB/s，上面介紹的那兩款IBM Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV就是第一次採用此ATA-100介面類型的產品。

在2001年第二季度將推出Serial ATA 1x標準的產品，它能提高150MB/s的數據傳輸率。

對於Serial ATA介面，一台電腦同時掛接兩個硬碟就沒有主、從盤之分了，各設備對電腦主機來說，都是Master，這樣我們可省了不少跳線功夫。

SCSI介面：

SCSI就是指Small puter System Interface(小型計算機系統介面)，它最早研製於1979，原是為小型機的研製出的一種介面技術，但隨著電腦技術的發展，現在它被完全移植到了普通PC上。

現在的SCSI可以劃分為SCSI-1和SCSI-2(SCSI Wide與SCSI Wind Fast)，最新的為SCSI-3，不過SCSI-2是目前最流行的SCSI版本。

SCSI廣泛應用於如：硬碟、光碟機、ZIP、MO、掃描儀、磁帶機、JAZ、列印機、光碟刻錄機等設備上。

它的優點非常多主要表現為以下幾點：

1、適應面廣； 使用SCSI，你所接的設備就可以超過15個，而所有這些設備只佔用一個IRQ，這就可以避免IDE最大外掛15個外設的限制。

2、多任務；不像IDE，SCSI允許對一個設備傳輸數據的同時，另一個設備對其進行數據查找。

這將在多任務操作系統如Linux、Windows NT中獲得更高的性能。

3、寬頻寬；在理論上，最快的SCSI匯流排有160MB/s的帶寬，即Ultra 160/s SCSI；這意味著你的硬碟傳輸率最高將達160MB/s(當然這是理論上的，實際應用中可能會低一點)。

4、少CPU佔用率

從最早的SCSI到現在Ultra 160/m SCSI，SCSI介面具有如下幾個發展階段

1、SCSI-1 —最早SCSI是於1979年由美國的Shugart公司（Seagate希捷公司的前身）制訂的，並於1986年獲得了ANSI（美國標准協會）承認的SASI(Shugart Associates System Interface施加特聯合系統介面) ，這就是我們現在所指的SCSI -1，它的特點是，支持同步和非同步SCSI外圍設備；支持7台8位的外圍設備最大數據傳輸速度為5MB/S；支持WORM外圍設備。

2、SCSI-2 —90年代初（具體是1992年），SCSI發展到了SCSI-2，當時的SCSI-2 產品（通稱為Fast SCSI）是能過提高同步傳輸時的頻率使數據傳輸率提高為10MB/S,原本為8位的並行數據傳輸稱為：Narrow SCSI；後來出現了16位的並行數據傳輸的WideSCSI,將其數據傳輸率提高到了20MB/S 。

3、SCSI-3 —1995年推出了SCSI-3，其俗稱Ultra SCSI，全稱為SCSI-3 Fast-20 Parallel Interface（數據傳輸率為20M/S）它採用了同步傳輸時鍾頻率提高到20MHZ以提高數據傳輸的技術，因此使用了16位傳輸的Wide模式時，數據傳輸即可達到40MB/s。

其允許介面電纜的最大長度為1.5米。

4、1997年推出了Ultra 2 SCSI(Fast-40)，其採用了LVD（Low Voltage Differential，低電平微分）傳輸模式，16位的Ultra2SCSI(LVD)介面的最高傳輸速率可達80MB/S,允許介面電纜的最長為12米，大大增加了設備的靈活性。

5、1998年9月更高的數據傳輸率的Ultra160/m SCSI(Wide下的Fast-80)規格正式公布，其最高數據傳輸率為160MB/s，這將給電腦系統帶來更高的系統性能。

現有最流行的串列硬碟技術

隨著INTEL的915平台的發布，最新的ICH6-M也進入了我們的視野。

而ICH6除了在一些電源管理特性方面有所增強外，也正式引入了SATA（串列ATA，以下簡稱SATA）和PCI-E概念。

對於筆記本來說，從它誕生的那天起就一直使用著PATA（並行ATA，以下簡稱PATA）來連接硬碟，SATA的出現無疑是一項硬碟介面的革命。

而如今隨著INTEL的積極推動，筆記本也開始邁入SATA的陣營。

關於SATA的優勢，筆者相信諸位也都有了解。

確實，比起PATA，SATA有著很多不可比擬的優勢，而筆者將在本文中透過技術細節來多其進行分析。

相信您讀完本文後會對SATA有著更深入的了解。

另外由於本文主要針對筆記本和台式機，所以諸如RAID等技術不在本文討論范圍之內。

串列通信和並行通信

再進行詳細的介紹之前，我們先了解一下串列通信和並行通信的特點。

一般來說，串列通信一般由二根信號線和一根地線就可完成互相的信息的傳送。

如下圖，我們看到設備A和設備B之間的信號交換僅用了兩根信號線和一根地線就完成了。

這樣，在一個時鍾內，二個bit的數據就會被傳輸（每個方向一個bit，全雙工），如果能時鍾頻率足夠高，那麼數據的傳輸速度就會足夠快。

如果為了節省成本，我們也可以只用一根信號線和一根地線連接。

這樣在一個時鍾內只有一個bit被傳輸（半雙工），我們也同樣可以提高時鍾頻率來提升其速度。

而並行通信在本質上是和串列通信一樣的。

唯一的區別是並行通信依靠多條數據線在一個時鍾周期里傳送更多的bit。

下圖中，數據線已經不是一條或者是兩條，而是多條。

我們很容易知道，如果有8根數據線的話，在同一時鍾周期內傳送的的數據量是8bit。

如果我們的數據線足夠多的話，比如PCI匯流排，那一個周期內就可以傳送32bit的數據。

在這里，筆者想提醒各位讀者，對於一款產品來說，用最低的成本來滿足帶寬的需要，那就是成功的設計，而不會在意你是串列通信還是並行通信，也不會管你的傳輸技術是先進還是落後。

PATA介面的速度

我們知道，ATA-33的速度為33MB/S，ATA-100的速度是100MB/S。

那這個速度是如何計算出來的呢？

首先，我們需要知道匯流排上的時鍾頻率，比如ATA-100是25MHz，PATA的並行數據線有16根，一次能傳送16bit的數據。

而ATA-66以上的規范為了降低匯流排本身的頻率，PATA被設計成在時鍾的上下沿都能傳輸數據（類似DDR的原理），使得在一個時鍾周期內能傳送32bit。

這樣，我們很容易得出ATA-100的速度為：25M*16bit*2=800Mbps=100MByte/s。

PATA的局限性

在相同頻率下，並行匯流排優於串列匯流排。

隨著當前硬碟的數據傳輸率越來越高，傳統的並行ATA介面日益逐漸暴露出一些設計上的缺陷，其中最致命的莫過於並行線路的信號干擾問題。

那各信號線之間是如何干擾的呢？

1，首先是信號的反射現象。

從南橋發出的PATA信號，通過扁長的信號線到達硬碟（在筆記本上對應的也有從南橋引出PATA介面，一直布線到硬碟的介面）。

學過微波通信的讀者肯定知道，信號在到達PATA硬碟後不可避免的會發生反彈，而反彈的信號必將疊加到當前正在被傳輸的信號上，導致傳輸中數據的完整性被破壞，引起接受端誤判。

所以在實際的設計中，都必須要設計相應的電路來保證信號的完整性。

我們看到，從南橋發出的PATA信號一般都需要經過一個排阻才發送到PATA的設備。

我們必須加上至少30個電阻（除了16根數據線，還有一些控制信號）才能有效的防止信號的反彈。

而在硬碟內部，硬碟廠商會在裡面接上終端電阻以防止引號反彈。

這不僅對成本有所上升，也對PCB的布局也造成了困擾。

當然，信號反彈在任何高速電路里都會發生，在SATA里我們也會看到終端電阻，但因為SATA的數據線比PATA少很多，並且採用了差分信號傳輸，所以這個問題並不突出。

2，其次是信號的偏移問題

理論上，並行匯流排的數據線的長度應該是一致的。

而在實際上，這點很難得到保證。

信號線長度的不一致性會導致某個信號過快/過慢到達接受端，導致邏輯誤判。

不僅如此，導致信號延遲的原因還有很多，比如線路板上的分布電容、信號線在高頻時產生的感抗等都會引起信號的延遲。

如圖，在左側南橋端我們發送的數據為[1，1，1，0]，在發送到硬碟的過程中，第四個信號由於某種原因出現延遲，在判斷時刻還沒到達接受端。

這樣，接受端判斷接受到的信號為[1，1，1，1]，出現錯誤。

由此也可看出，並行數據線越多，出現錯誤的概率也越大。

下圖是SONY Z1的硬碟轉接線，我們看到，設計師做了不少蛇行走線以滿足PATA數據線的長度一致性要求。

我們可以很容易想像，信號的時鍾越快，被判斷信號判斷的時間就越短，出現誤判的可能性就越大。

在較慢的匯流排上（上），允許數據信號和判斷信號的時間誤差為a，而在高速的匯流排上（下），允許誤差為b。

速度越快，允許的誤差越小。

這也是PATA的匯流排頻率提升的局限性，而匯流排頻率直接影響著硬碟傳輸速度。

3，還有是信號線間的干擾（串音干擾）

這種干擾幾乎存在與任何電路。

和信號偏移一樣，串音干擾也是並行通信的通病。

由於並行通信需要多條信號線並行走線（以滿足長度、分布電容等參數的一致性），而串音干擾就是在這時候導致的。

由於信號線在傳輸數據的過程中不停的以0，1間變換，導致其周邊的磁場變化甚快。

通過法拉第定律我們知道，磁場變化越快，切割磁力線的導線上的電壓越大。

這個電壓將導致信號的變形，信號頻率越高，干擾愈加嚴重，直至完全無法工作。

串音干擾可以說這是對並行的PATA線路影響最大的不利因素，並且大大限制了線路的長度。

硬碟的恢復主要是靠備份,還有一些比較專業的恢復技術就是要專業學習的了.不過我不專業,現在最常用的就是GHOST,它可以備份任何一個盤付,並生成一個備份文件必要的時候可以用來恢復數據

現在市場上的主要幾款硬碟就是邁托,西部數據(WD),希捷(ST),三星,東之,松下,還有最新的那個易拓保密硬碟

刀殤

4. 什麼是透平流量計

透平流量計（Turbine Flow Meter),應該是渦輪流量計，被部分人直接音譯為透中埋平流量計。

渦輪流量計是採用先進的超低功耗單片微機技術研製的渦輪流量感測器與顯示積算一體化的新型智能儀表，具有機構緊湊、讀數直觀清晰、可靠性高、不受外界電茄備源干擾、抗雷擊、成本低等明顯優點。

渦輪流量感測器與顯示儀賣納螞表配套組成。感測器具有精度高，重復性好，壽命長操作簡單等特點。可廣泛應用於石油，化工，冶金，造紙等行業測量液體的體積瞬時流量和體積總量。