
企业的转型首先需要企业家或决策层有一个清晰的思路,明确自己想要的到底是什么,明确自己有什么优势和劣势,自己能做些什么。也就是说企业转型要使从公司愿景、发展战略、组织结构、运营管理模式到人力资源、企业文化等几乎所有重要方面相互匹配地共同实现转变。战略转型必然导致企业资源的重新组合、竞争路径的重新选择,风险自然是少不了的。
首先,战略是什么?就像明茨伯格说的,战略的定义有上百个,有定位说、计划说,有学习说,但是这些定义都是“瞎子摸象”,摸到尾巴说战略是绳子,摸到大腿就说是柱子。但我想有一点是共同的,就是在战略执行上都会有很多共同点,企业转型(transformation)是指企业的重要方面在本质和模式上的彻底改变。所谓重要方面,就是事关企业的生死存亡、兴旺衰败的重大事情。所谓本质上的改变,就不仅仅是数量上的变化,而是通过量变导致的质变,或是不经过量变而出现的突变。所谓模式上的改变,就是模样和形式都已彻底改变。个人认为,战略转型是企业上了台阶后存在的转型,只有志存高远,才会有战略转型。
在后金融危机的背景下,企业所处的经营环境发生了前所未有的深刻变化,竞争优势的来源正以逐步加快的速度被刨造和侵蚀。许多企业为了在不确定环境下求生存、做大做强和谋求持续成长纷纷走上了战略转型之路。汇入世界级企业的竞争思维和 *** 作方法,建立快速战略反应机制突破惯性思维,创造新的市场,超越竞争对手,获取全新的利润!
任何一个企业战略转型有两件事情要做:
第一个,一个公司的资产要从4个亿发展到400亿,最关键的就是管控模式的转变,集团管什么,集团怎么管下属企业,下属企业管什么,如何衡量与跟踪下属企业;
第二个,企业商业模式的转变,不断满足客户的需求。总之,企业要生存和发展,就要以问题为导向,建立一个适应市场需求的模式。企业的问题是什么?就是企业战略目标如何落实,即如何利用管控模式和商业模式实现战略目标。请看下面的案例:
在热播电视剧《青春期撞上更年期》里,红彤彤的富士胶片化妆品品牌“ASTALIFT”(中文名“艾诗缇”)作为剧情广告狠狠出了一把风头。剧中女主人公开了家化妆品加盟店,专售该品牌护肤品。于是乎,ASTALIFT广告顺理成章拉开序幕。在演员台词和行动的烘托下,富士想要传递给消费者的资讯一一被和盘托出:原先生产胶片的富士开始卖化妆品了,销售比较火爆,很多地方断货……著名企管专家谭小芳老师了解到,有位郑州化妆品商人看完该剧后,上网发帖求助,咨询怎样才能获得该化妆品的加盟授权。这桩植入广告的创意谈不上精彩,但价值不容小觑——它让以胶片起家的“老企业”力推的“新产品”华丽出场,既吸引消费者目光,也拉开了富士胶片跨界开卖“化妆品”的大幕。
“转型”大师拉姆·查兰曾言:“现在,到了我们彻底改变企业思维的时候了,要么转型,要么破产。”在市场竞争激烈的今天,转型对于企业来说是堂必修课。当数码技术令胶卷行业成为历史的时候,胶卷企业们也纷纷被迫进行着市场转型,找寻新的发展方向。昔日的胶卷行业的巨头富士胶片在中国转型卖起了化妆品。富士胶片在日本本部仍以医疗影像为主业,但在中国市场却只卖化妆品。这乍看起来“风马牛不相及”的两项业务,却是富士胶片另辟蹊径的转型成果。那么,富士转型卖化妆品靠的是什么?著名企管专家谭小芳老师表示,有以下三点:
首先是是从真实的客户体验出发立足于新的领域。在富士的这场战略转型中,从产品研发到营销模式都面临着极大的挑战。以往胶片上的化学涂层,可以通过数值来反映物理属性。但是化妆品,就需要人最直观的感官感受。在研发过程中,研发人员用上百种样品在自己身上尝试,通过测量面板的水分量和蒸发量来检测产品效果。并且还通过邀请消费者免费试用的方法,通过消费者的反馈意见不断改进自身的产品,加快新产品的最终成型这一过程。
其次,靠的是基于优势领域里的核心技术作为企业跨界的助力。从2006年开始,富士胶片将自己原有的4个研究所,尖端核心技术、有机合成化学、先进列印材料和生命科学研究所整合为“富士胶片先进研究所”,将此跨行业的技术平台作为创新基地。化妆品即是这一平台的产物。在对影像的研究过程中,公司积累了对胶原蛋白的研究成果、抗氧化技术、可以将成分稳定输送到指定部位的独创奈米等技术,并将其应用到护肤品的开发领域。
最后靠的是准确的定位:强化技术,不淡化背景。“这化妆品什么牌子?”“富士胶片公司生产的。”“富士我懂,不就是生产胶卷的吗,怎么变成化妆品了?”“就是你说的富士,他们也在研究化妆品。给你举个例子你就明白了,照片放久了就会发黄对吧,但是富士的不会,因为用了抗氧化技术,现在这种技术就用在了化妆品上,在日本很流行”……透过女店主跟顾客之间的这番对话,你就会发现富士在推广其化妆品时遵循的几个原则:第一,不淡化富士胶片背景;第二,用技术逻辑来解释老业务和新业务之间的关联;最后,将产品诉求落足在“抗氧化”这个点上,突出技术背景。其实,从胶片中寻找到化妆品技术的富士胶片,给其他奔波在转型路上的企业最宝贵的经验就是:不抛弃自己的过去,在自己的优势领域里重新寻找新领域,并尽力为竞争对手树立门槛。
由于“抗氧化”的定位,富士的目标消费群被定义为25岁以上的女士,在日本这一年龄界限是35岁左右。这个差异同样是根据调查结果得出的,即“中国女性大多提前关注这一肌肤问题”。此外,目前艾诗缇的产品价格大致保持在中档略偏上水平。强调“技术背景”和“抗氧化”固然让富士找到了跨界经营的突破口,但是问题也随之而来。中国女性对化妆品的消费尚处于感性阶段,对品牌的依赖明显超过对效果的诉求。摆在富士集团面前的尴尬在于,如果大力宣传品牌,则绕不开胶片生产商的背景;如果不宣传品牌,又很难开启中国女性消费市场。
从上面的服饰胶片卖化妆品的战略转型案例可以看出,一个企业从现在到未来,条条大路通罗马,不优秀的企业,看不到几条路,先走过去再说,而优秀的企业都是按计划取得成功的企业。什么是按计划取得成功?一个企业增长50%也许很容易,但是要按计划取得成功,要每年增长30%,资源管理才不会失控。战略转型路径最核心就是变革管理,而变革管理最核心的就是一个力求变革的公司从现在到未来,怎样找到自己走向“罗马”的路,这是战略转型的最根本的价值,这也许是富士最关心的问题吧。
战略转型意味着变革,意味着要打破旧有的企业发展机制,没有人会拒绝改变,但是人们都拒绝被改变。企业是由人构成的,因此任何企业要成功的实现战略转型都是极为阵痛的。战略的选择是有所为和有所不为,任何企业的战略转型都面临着阵痛。中小企业主多是白手起家、自我奋斗的实干家,他们大多经营家族企业,没有受过企业文化的薰陶。这些人没有读过MBA,也没有很高的学历,创办企业全凭胆魄和热情。他们大多不重视品牌营销,也缺乏这方面经验,不会使用专业方法开展品牌营销,这成了企业不能做大做强的致命弱点。下面我们来看看吉利的战略转型案例,在我看来,是提升其品牌价值的重要战略手段。
其一,并购沃尔沃品牌。沃尔沃在全球豪华车品牌中居前四之位,近百年的历史中,还没有被一个初出市场的小汽车公司的掌控过,特别是在各个方面都不如自己的公司,吉利做到了。吉利此举,不仅让其品牌知名度提升到了无与伦比的高度,更为其品牌影响力达到了前所未有的高度。有了这两个高度,吉利的品牌提升就变得轻松多了,容易多了。因为,有了沃尔沃在其品牌后面站着,吉利的品牌无形之中也得到了提升。
其二,品牌策略的转变。此时的吉利己有了明确的品牌管理意识,即,不能再延用过去母子品牌背书的形式搞产品了,那样的方式很累,且不易达到目标。此前的一系列产品品牌,都是随做随丢,没有一个是可持续的,现在看来,发展初期的吉利,以多子多孙为福,但大多不长命,也不是成才的料。到了“影响力阶段”,吉利采用独立品牌模式;母品牌吉利更多的是公司品牌,似乎与产品品牌无关,新出台的品牌都与吉利划清界限,以全新的母品牌格式出现。如“英伦汽车”的格式,并在此格式下,发展更多的车型品牌。
从早期的混乱打法,到如今的正规军做法,吉利完成了一次重要的转型升级。这一次对产品线做了破釜沉舟式的调整,把过去混乱发展的车型产品全部停产,垂直切换“新三样”远景、金刚、自由舰;(这些产品也随时准备淘汰)在品牌的升级的当口,提出:全球鹰、帝豪、英伦等三大独立产品品牌,由此形成了5大技术平台、15大产品平台,42款产品储备的集团队形。其中“英伦汽车”承担著品牌提升的重任。好在,吉利虽有沃尔沃,但他们并没有将其中国化。这使得沃尔沃依然发挥着它应有魅力,并且用不需言说的力量,支援著吉利汽车母品牌的发展。毫无疑问,吉利不光是要做大,更是为了做强;不仅要做中国高阶汽车品牌,还要做世界的。要做到这一点,吉利需要脱胎换骨的改变。这种改变在李书福的讲话中就可以感受得到:“吉利的对手是丰田、本田、通用、大众、福特和现代。”
那么,小企业怎样赢得大市场?中小企业该思考哪些事、如何思考、以及如何制定经营模式,才能在大型企业主宰的的弱肉强食的市场中确保自己的位置,才不会被称霸的大象踩扁,从而可以达成持续性的成长。著名企管专家谭小芳老师致力于帮助大萧条来临之后处于迷茫与艰难中的中小企业经营者学会扬长避短,找到解决困难的金钥匙,走上属于自己的商业成功之路!战略转型意味着企业的系统变革,其基本命题是以管理升级为基础,以资本经营为手段,以文化转型为核心,以推动产业的战略性升级为目的,以员工整体素质的提高为保障,真正实现由传统企业向符合新经济发展要求和产业发展趋势的现代企业转变。那么,如何才能成功地进行战略转型即战略转型的关键因素是什么呢?应注意把握以下8点:
1、价值定位是前提
作为一个企业首先要明确自己的使命即存在的价值是什么,然后根据企业使命,在对企业外部环境与内部条件充分研究分析的基础上找出企业面临的机遇与威胁、拥有的优势与劣势,最终明确企业的发展战略。根据企业的战略定位,进一步明确企业的事业领域与核心业务范围即将为市场提供什么产品与服务。根据选定的事业领域,细分目标市场并解析产业价值链,在价值链上选择关键环节,集中配置资源予以突破性发展,形成竞争优势。依托自身优势,建立广泛的战略联盟,通过资源整合与强强合作打通产业价值链,并共享价值链带来的增殖效益。
2、产业升级是目的
企业是一个永续经营的组织,其存在价值最终要通过所经营的产业对社会做出的贡献来衡量。企业经营者的基本责任是不但要使今天所做的一切具有现实意义,更需要对企业的发展具有未来价值。这个未来价值就是要有利于产业竞争力的不断提升,有利于公司的持续经营。因此,根据企业的使命与战略,以务实的态度与首创精神来推动产业的技术进步与持续发展才是战略转型的根本目的。
3、管理升级是基础
管理是通过计划、组织、领导、协调和控制等措施来实现企业一体化运营并达成战略目标的过程。有效的管理是避免组织离散,实现一体化经营的前提,也是确保企业战略目标实现的基础。管理转型要以完善公司法人治理结构为核心,建立集权与分权相结合、激励与约束相统一的组织体系、目标管理体系和执行机制,以实现领导方式由单靠个人魅力和权威到靠魅力、权威和组织化;决策由凭经验、靠直觉到凭资讯、靠科学;组织运作由抓具体人、具体事到抓带头人、抓组建功能团队,实现统一目标指导下的功能团队协作;员工成长由单渠道到多渠道;考核激励由单目标体系到多目标体系;投资与子公司管理由诸侯化、离散化到集约化、集团化等。
4、资本运营是手段
资本运营是指根据战略发展的需要获取并有效配置资源的方式、方法或手段。资本运营是科学,不是投机,其实质是企业根据战略发展需要对自身进行的一种扬弃,即“新陈代谢”与“吐故纳新”。有效的资本运营必须以实业支撑为基础和目的。为此,可将资本运营分为三个层次,即有效配置自有资产,靠自我积累,滚动发展;合理利用信贷资金,有效配置,借力发展;股权转让,增资扩股,直接融资,一体化发展。
5、企业文化转型是核心
企业文化是特定企业的成员当下普遍自觉的观念和遵循的规则系统,是隐藏在组织细胞核中的基因密码。现代管理的趋势是由人管人到制度管人到文化管理。企业文化的核心价值在理念,企业文化的价值体现在行为。要通过明确企业存在价值与使命,规划战略与愿景,确立公理与规则,实施激励与约束、教育与培训等措施来建立优秀的企业文化,引导核心理念的广泛认同与普遍的自觉行动。
6、人力资本是保障
企业的竞争是人力资源的竞争,更是人力资本和人力资本结构的竞争。人才是企业的第一资源,要以组织愿景为旗帜去召唤、以利益机制为纽带去凝聚有共同理念与事业追求之士。要致力于发现和造就了不起的人,围绕了不起的人去组建了不起的团队,然后,通过统一目标下有自治性的团队的协同努力,去造就了不起的产品和服务,去开创了不起的事业与未来。
7、产权结构改革是“瓶颈”
生产力与生产关系的矛盾是社会的基本矛盾,生产力决定生产关系,生产关系又反作用于生产力,这是辩证的统一。企业战略转型的目的在于更有效地组织与配置企业的生产要素资源,在于解放和发展生产力,所以,应属生产关系的范畴。而改善生产关系的关键在于改善生产关系的三个要素,即产权结构、资源配置方式和收入分配方式。这里,产权结构是生产关系的第一要素,所以,产权结构的改革直接影响着资源配置方式和收入分配方式的改善,也直接影响着企业的运营效率。
8、核心能力建设是关键
核心竞争力是指企业依托并独特运用要素资源,形成远远超越于竞争对手的,使对手在短期内难以替代的竞争优势。基于资源的有限性,核心竞争力建设的原则是或统一于技术,或统一于市场,不可兼得。当然,统一于技术不是不做市场;统一于市场也不是不要研发,这里指的是资源配置的战略导向。
读了一本书或一篇文章后,有所感而写成的文章就是读后感。
1今天,我读了一文使我深受感触
2翻开书,几个字印入的的眼帘,不禁让我想起
3或者引用名言开头,在引出内容
结尾一般是:1这片文章是我深受启发
当今的中国是一个正在全面转型中的中国。在巨集观经济方面,经济发展模式要转型,从投资主导转向消费主导;经济结构要转型,从低附加值制造转向高附加值创造。与此同时, 要转型、行业要转型、企业要转型,乃至个人也要转型。
拉姆·查兰从关键驱动趋势入手,如金融体系极不稳定、新兴市场快速崛起、数字革命颠覆传统、草根创新规模空前、企业竞争升级为国家竞争等,准确解析了全球重心转移的新时代,这一人类历史上迄今为止最大规模的经济格局重构。然后他结合业界最新的转型实践,提出了在转型过程中极为关键的三大转型:战略思路转型、领导能力转型及组织机制转型。查兰在本书中介绍了多家新兴市场及西方成熟企业的转型经历,并深刻剖析了每家企业为何开启转型、如何推动转型以及转型取得成功的内在原因。这些详尽的转型案例包括印度GMR、印度铝业、百威英博、海尔集团、巴蒂电信、通用电气、北欧化工以及3M公司等。
如何在大变革时代实现企业成功转型 读书笔记
读书笔记写作方法
读书笔记一般分为摘录、提纲、批注、心得几种,格式及写法并不艰深,心得笔记中的读后感有点麻烦,但只要懂得论点、论据和论证这三要素的关系,就会轻松拿下,因为读后感不过就是一种议论文而已。很多应用文种只有在将来的工作实践中才能具体应用,而读书笔记属日用文类,应即学即用。
常用的形式有:
提纲式—— 以记住书的主要内容为目的。通过编写内容提纲,明确主要和次要的内容。
摘录式——主要是为了积累词汇、句子。可以摘录优美的词语,精彩的句子、段落、供日后熟读、背诵和运用。
仿写式——为了能做到学以致用,可模仿所摘录的精彩句子,段落进行仿写,达到学会运用。
评论式——主要是对读物中的人物、事件加以评论,以肯定其思想艺术价值如何。可分为书名、主要内容、评论意见。
心得式——为了记下自己感受最深的内容,记下读了什么书,书中哪些内容自己教育最深,联络实际写出自己的感受。即随感。
存疑式——主要是记录读书中遇到的疑难问题,边读边记,以后再分别进行询问请教,达到弄懂的目的。
简缩式——为了记住故事梗概、读了一篇较长文章后,可抓住主要内容,把它缩写成短文。
a
大变革时代商鞅商鞅变法是指战国时期秦国的秦孝公即位以后,决心图强改革,便下令招贤。商鞅自魏国入秦,并提出了废井田、重农桑、奖军功、实行统一度量和郡县制等一整套变法求新的发展策略,深得秦孝公的信任,任他为左庶长,开始变法。经过商鞅变法,秦国的经济得到发展,军队战斗力不断加强,发展成为战国后期最富强的封建国家。
如何在新时代引导企业成功转型全球各迅速精准把握当地市场
制定务实可行的战略愿景
因地制宜不照搬成功经验
以当地人为主建立多元团队
赢得支援调动全员积极性
全球最早注册的100个COM域名
关键词: 全球最早注册的100个COM
THE 100 OLDEST CURRENTLY-REGISTERED COM DOMAINS
Create date Domain name
1 15-Mar-1985 SYMBOLICSCOM
2 24-Apr-1985 BBNCOM
3 24-May-1985 THINKCOM
4 11-Jul-1985 MCCCOM
5 30-Sep-1985 DECCOM
6 07-Nov-1985 NORTHROPCOM
7 09-Jan-1986 XEROXCOM
8 17-Jan-1986 SRICOM
9 03-Mar-1986 HPCOM
10 05-Mar-1986 BELLCORECOM
11= 19-Mar-1986 IBMCOM
11= 19-Mar-1986 SUNCOM
13= 25-Mar-1986 INTELCOM
13= 25-Mar-1986 TICOM
15 25-Apr-1986 ATTCOM
16= 08-May-1986 GMRCOM
16= 08-May-1986 TEKCOM
18= 10-Jul-1986 FMCCOM
18= 10-Jul-1986 UBCOM
20= 05-Aug-1986 BELL-ATLCOM
20= 05-Aug-1986 GECOM
20= 05-Aug-1986 GREBYNCOM
20= 05-Aug-1986 ISCCOM
20= 05-Aug-1986 NSCCOM
20= 05-Aug-1986 STARGATECOM
26 02-Sep-1986 BOEINGCOM
27 18-Sep-1986 ITCORPCOM
28 29-Sep-1986 SIEMENSCOM
29 18-Oct-1986 PYRAMIDCOM
30= 27-Oct-1986 ALPHACDCCOM
30= 27-Oct-1986 BDMCOM
30= 27-Oct-1986 FLUKECOM
30= 27-Oct-1986 INMETCOM
30= 27-Oct-1986 KESMAICOM
30= 27-Oct-1986 MENTORCOM
30= 27-Oct-1986 NECCOM
30= 27-Oct-1986 RAYCOM
30= 27-Oct-1986 ROSEMOUNTCOM
30= 27-Oct-1986 VORTEXCOM
40= 05-Nov-1986 ALCOACOM
40= 05-Nov-1986 GTECOM
42= 17-Nov-1986 ADOBECOM
42= 17-Nov-1986 AMDCOM
42= 17-Nov-1986 DASCOM
42= 17-Nov-1986 DATA-IOCOM
42= 17-Nov-1986 OCTOPUSCOM
42= 17-Nov-1986 PORTALCOM
42= 17-Nov-1986 TELTONECOM
42= 11-Dec-1986 3COMCOM
50= 11-Dec-1986 AMDAHLCOM
50= 11-Dec-1986 CCURCOM
50= 11-Dec-1986 CICOM
50= 11-Dec-1986 CONVERGENTCOM
50= 11-Dec-1986 DGCOM
50= 11-Dec-1986 PEREGRINECOM
50= 11-Dec-1986 QUADCOM
50= 11-Dec-1986 SQCOM
50= 11-Dec-1986 TANDYCOM
50= 11-Dec-1986 TTICOM
50= 11-Dec-1986 UNISYSCOM
61= 19-Jan-1987 CGICOM
61= 19-Jan-1987 CTSCOM
61= 19-Jan-1987 SPDCCCOM
64 19-Feb-1987 APPLECOM
65= 04-Mar-1987 NMACOM
65= 04-Mar-1987 PRIMECOM
67 04-Apr-1987 PHILIPSCOM
68= 23-Apr-1987 DATACUBECOM
68= 23-Apr-1987 KAICOM
68= 23-Apr-1987 TICCOM
68= 23-Apr-1987 VINECOM
72 30-Apr-1987 NCRCOM
73= 14-May-1987 CISCOCOM
73= 14-May-1987 RDLCOM
75 20-May-1987 SLBCOM
76= 27-May-1987 PARCPLACECOM
76= 27-May-1987 UTCCOM
78 26-Jun-1987 IDECOM
79 09-Jul-1987 TRWCOM
80 13-Jul-1987 UNIPRESSCOM
81= 27-Jul-1987 DUPONTCOM
81= 27-Jul-1987 LOCKHEEDCOM
83 28-Jul-1987 ROSETTACOM
84 18-Aug-1987 TOADCOM
85 31-Aug-1987 QUICKCOM
86= 03-Sep-1987 ALLIEDCOM
86= 03-Sep-1987 DSCCOM
86= 03-Sep-1987 SCOCOM
89= 22-Sep-1987 GENECOM
89= 22-Sep-1987 KCCSCOM
89= 22-Sep-1987 SPECTRACOM
89= 22-Sep-1987 WLKCOM
93 30-Sep-1987 MENTATCOM
94 14-Oct-1987 WYSECOM
95 02-Nov-1987 CFGCOM
96 09-Nov-1987 MARBLECOM
97= 16-Nov-1987 CAYMANCOM
97= 16-Nov-1987 ENTITYCOM
99 24-Nov-1987 KSRCOM
100 30-Nov-1987 NYNEXSTCOM
翻看这个表,大部分都是现在可以称之为伟大的公司,他们创造了计算机和互联网。他们是互联网的缔造者,也是最早的用户。
这100个域名差不多都是公司名字的全称或缩写,这也符合最早的互联网用途——交流和展示。
或许他们当时并没有想到未来域名也会成为一种珍稀品,甚至成就了无数域名商人。
HI-TECH创造了IT,IT创造了互联网,最终,创造者都会逐渐没落,直到下一轮的热潮到来。
可以看出,行业的发展是几个方面互通作用的结果:1 产商 2 研究院 3 用户的认知程度 4 厂商的认知程度。
web20应运而生,并非偶然。ajax这样的冷饭,为什么不早不晚,偏偏在现在被炒热,怕也是不那么偶然的。从第一块硬盘RAMAC的产生到现在单碟容量高达十几GB的硬盘,硬盘也经历了几代的发展,下面就介绍一下其历史及发展。
1956年9月,IBM的一个工程小组向世界展示了第一台磁盘存储系统IBM 350 RAMAC(Random Access Method of Accounting and Control),其磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域,从而成功地实现了随机存储,这套系统的总容量只有5MB,共使用了50个直径为24英寸的磁盘,这些盘片表面涂有一层磁性物质,它们被叠起来固定在一起,绕着同一个轴旋转。此款RAMAC在那时主要用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域内。
1968年IBM公司首次提出“温彻斯特/Winchester”技术,探讨对硬盘技术做重大改造的可能性。“温彻斯特”技术的精隋是:“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片,磁头沿盘片径向移动,磁头悬浮在高速转动的盘片上方,而不与盘片直接接触”,这也是现代绝大多数硬盘的原型。
1973年IBM公司制造出第一台采用“温彻期特”技术的硬盘,从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础。
1979年,IBM再次发明了薄膜磁头,为进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。
80年代末期IBM对硬盘发展的又一项重大贡献,即发明了MR(Magneto Resistive)磁阻,这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感,使得盘片的存储密度能够比以往20MB每英寸提高了数十倍。
1991年IBM生产的35英寸的硬盘使用了MR磁头,使硬盘的容量首次达到了1GB,从此硬盘容量开始进入了GB数量级。
1999年9月7日,Maxtor宣布了首块单碟容量高达102GB的ATA硬盘,从而把硬盘的容量引入了一个新里程碑。
2000年2月23日,希捷发布了转速高达15,000RPM的Cheetah X15系列硬盘,其平均寻道时间只有39ms,这可算是目前世界上最快的硬盘了,同时它也是到目前为止转速最高的硬盘;其性能相当于阅读一整部Shakespeare只花15秒。此系列产品的内部数据传输率高达48MB/s,数据缓存为4~16MB,支持Ultra160/m SCSI及Fibre Channel(光纤通道),这将硬盘外部数据传输率提高到了160MB~200MB/s。总得来说,希捷的此款("捷豹")Cheetah X15系列将硬盘的性能提高到了一个新的里程碑。
2000年3月16日,硬盘领域又有新突破,第一款“玻璃硬盘”问世,这就是IBM推出的Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV,此两款硬盘均使用玻璃取代传统的铝作为盘片材料,这能为硬盘带来更大的平滑性及更高的坚固性。另外玻璃材料在高转速时具有更高的稳定性。此外Deskstar 75GXP系列产品的最高容量达75GB,是当时最大容量的硬盘,而Deskstar 40GV的数据存储密度则高达143十亿数据位/每平方英寸,这再次涮新数据存储密度世界记录。(网易)
硬盘历史发展综述
现在的IDE硬盘,容量动辄20GB,转速则大多为7200RPM,数据缓存则是2MB,这就是现在主流IDE硬盘的标准。那你知不知道以前的硬盘是什么样子呢?现在大家看到的硬盘大多是35英寸盘,但以前的硬盘又是什么一样子呢?硬盘发展到今日这个样子,又经过了多少发展过程呢?带着这些问题,让我们来看看硬盘的历史发展。
最早的硬盘可算是1956年9月,IBM的一个工程小组向世界展示了第一台磁盘存储系统IBM 350 RAMAC(Random Access Method of Accounting and Control),它的磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域,从而成功地实现了随机存储,这套系统的总容量只有5MB,共使用了50个直径为24英寸的磁盘,这些盘片表面涂有一层磁性物质,它们被叠起来固定在一起,绕着同一个轴旋转。此款RAMAC在那时主要用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域内。普通用户是不可能用到得,当然当时的电脑也不多,还没有所谓的PC(Personal Computer)。
由于RAMAC庞大的体积及低效的性能,使用或者制造都非常不便,因此在1968年IBM公司又提出了“温彻斯特/Winchester”技术,探讨对硬盘技术做重大改造的可能性。“温彻斯特”技术的精隋是:“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片,磁头沿盘片径向移动,磁头悬浮在高速转动的盘片上方,而不与盘片直接接触”,这也是现代绝大多数硬盘的原型。在此项温氏技术提出后的5年,即1973年,IBM公司制造出了第一台采用“温彻期特”技术的硬盘,从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础,现在大家所用的硬盘大多是此技术的延伸。
下面让我们分块来介绍硬盘技术的历史与发展。
一、磁头技术
硬盘技术的更新换代,其中一个非常重要的技术就是磁头技术,现在的硬盘单碟容量一般都在10GB以上,最高的单碟容量已经达到了20GB,以后硬盘的单碟容量还将继续增大,对于单碟容量,它直接联系的技术就是磁头技术,磁头技术越先进,硬盘的单碟容量就可以做得更高。
最早的磁头是采用铁磁性物质,它在不论磁头的感应敏感程度或精密度上都不理想,因此早期的硬盘单碟容量均非常低,单碟低了,硬盘的总容量就受到非常大的限制,因为在一块硬盘内封装的盘片数是非常有限的(目前一般的硬盘封装盘片数在3~5片)。同时早期使用的磁头在体积上也小,它使得早期的硬盘体积上相对而言比较庞大,这给用户的使用带来了非常的不便。
迈拓钻石十一代
1979年,IBM再次发明了薄膜磁头,为进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。接着在80年代末期,IBM公司对硬盘发展做出了非常重要的一个贡献,即研发了MR(Magneto Resistive)磁阻磁头,这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感,这使得盘片的存储密度能够比以往20MB每英寸提高了数十倍,磁盘存储密度提高了,单碟容量自然而然就提高了,而单碟的提高就带动着整块硬盘容量的增大。
在1991年,IBM公司将此项MR磁头技术应用于35英寸硬盘中,使得普通电脑用户使用的硬盘容量首次达到了1GB,从此我们使用的硬盘容量开始进入了GB数量级。现在有些用户使用得迈拓钻石十一代(DiamondMax 80),它能提供高达80GB的容量,这些都是从那时的MR磁头技术开始得,当然这么高的容量最后还得归功于GMR(GaintMagneto Resistive,巨磁阻)磁头技术,GMR是IBM公司在MR技术的基础上研发成功的新一代磁头技术,它是最新的磁头技术,现在生产的硬盘全都应用了GMR磁头技术。GMR比MR具有更高的信号变化灵敏度,从而使得硬盘的单碟容量可以做得更高,目前最新的磁头技术为第四代GMR磁头技术。
二、电机技术
在硬盘中,与磁头技术一样重要的另一项技术就是电机技术了,它直接影响着硬盘转速的大小。目前最快主轴转速的硬盘即希捷公司推出的Cheetah X15(捷豹X15系列),它的主轴电机转速高达15,000RPM。目前主流的IDE硬盘转速为7200RPM,而主流的SCSI硬盘转速则为10,000RPM。
早期的硬盘转速一般只有4000RPM甚至更低,低转速的主要原因是由于电机技术的限制,随着技术的革新,转速提高到了4400RPM及4900RPM,再后来就是5400RPM了。
目前还有相当大部份的IDE硬盘转速只有5400RPM,这些产品的定位是低价位电脑市场,如上面提到的迈拓钻石十一代(DiamondMax 80),虽然它能提供最高容量达80GB,但其转速却只有5400RPM。在5400RPM后,推出的即7200RPM,这也是目前最高的IDE硬盘转速。
[Seagate Barracuda ATA] [Seagate Cheetah X15]
这里提一个比较优秀的电机技术是希捷公司独有的 Fluid Dynamic Bearing (FDB) 电机,它在1996年第一次推出,现在已经发展到了第三代技术,最新推出的7200RPM Barracuda ATA III(希捷新酷鱼三代)采用的就是FDB III电机技术,它能有效降低噪音,减少震动,延长寿命和增强对震动的抵抗能力。电机技术发展了,直接影响的就是硬盘主轴转速的提高,而转速就决定着硬盘的寻道时间。当然在提高硬盘主轴转速的同时需要考虑得是硬盘的发热量及振动问题,还有就是硬盘的工作噪声问题。所以电机技术直接决定着硬盘的快慢、工作温度及工作噪声等。
三、接口技术
硬盘接口一直是人们关心的技术,随着电脑其它配件(如CPU、内存、显示等子系统)性能的大步迈进,硬盘的接口传输率越来越体现出它在整个电脑系统的瓶颈效应,硬盘接口越来越受到人们的关注。
1、最早的硬盘接口要算是ST-506/412接口,它是希捷开发的一种硬盘接口,首先使用这种接口的硬盘为希捷的ST-506及ST-412。ST-506接口使用起来相当简便,它不需要任何特殊的电缆及接头,但是它支持的传输速度很低,因此到了1987年左右这种接口就基本上被淘汰了,采用该接口的老硬盘容量多数都低于200MB。早期IBM PC/XT和PC/AT机器使用的硬盘就是ST-506/412硬盘或称MFM硬盘,MFM(Modified Frequency Modulation)是指一种编码方案 。
2、接在ST-506/412接口后发布得是ESDI(Enhanced Small Drive Interface)接口,它是迈拓公司于1983年开发的。其特点是将编解码器放在硬盘本身之中,而不是在控制卡上,理论传输速度是前面所述的ST-506的2~4倍,一般可达到10Mbps。但其成本较高,与后来产生的IDE接口相比无优势可言,因此在九十年代后就补淘汰了。
3、IDE与EIDE接口,IDE(Integrated Drive Electronics)的本意实际上是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器,我们常说的IDE接口,也叫ATA(Advanced Technology Attachment)接口,现在PC机使用的硬盘大多数都是IDE兼容的,只需用一根电缆将它们与主板或接口卡连起来就可以了。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度,数据传输的可靠性得到了增强,硬盘制造起来变得更容易,因为厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容,对用户而言,硬盘安装起来也更为方便。
4、ATA-1(IDE)接口,ATA是最早的IDE标准的正式名称,IDE实际上是指连在硬盘接口的硬盘本身。ATA在主板上有一个插口,支持一个主设备和一个从设备,每个设备的最大容量为504MB,ATA最早支持的PIO-0模式(Programmed I/O-0)只有33MB/s,而ATA-1一共规定了3种PIO模式和4种DMA模式(没有得到实际应用),要升级为ATA-2,你需要安装一个EIDE适配卡。
5、ATA-2(EIDE Enhanced IDE/Fast ATA)接口,这是对ATA-1的扩展,它增加了2种PIO和2种DMA模式,把最高传输率提高到了167MB/s,同时引进了LBA地址转换方式,突破了老BIOS固有504MB的限制,支持最高可达81GB的硬盘。如你的电脑支持ATA-2,则可以在CMOS设置中找到(LBA,LogicalBlock Address)或(CHS,Cylinder,Head,Sector)的设置。其两个插口分别可以连接一个主设备和一个从设置,从而可以支持四个设备,两个插口也分为主插口和从插口。通常可将最快的硬盘和CD—ROM放置在主插口上,而将次要一些的设备放在从插口上,这种放置方式对于486及早期的Pentium电脑是必要的,这样可以使主插口连在快速的PCI总线上,而从插口连在较慢的ISA总线上。
6、ATA-3(FastATA-2)接口,这个版本支持PIO-4,没有增加更高速度的工作模式(即仍为167MB/s),但引入了简单的密码保护的安全方案,对电源管理方案进行了修改,引入了SMART(Self-Monitoring,Analysis and Reporting Technology,自监测、分析和报告技术)。
7、ATA-4(UltraATA、UltraDMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66)接口,这个新标准将PIO-4下的最大数据传输率提高了一倍,达到33MB/s,或更高的66MB/s。它还在总线占用上引入了新的技术,使用PC的DMA通道减少了CPU的处理负荷。要使用Ultra-ATA,需要一个空闲的PCI扩展槽,如果将UltraATA硬盘卡插在ISA扩展槽上,则该设备不可能达到其最大传输率,因为ISA总线的最大数据传输率只有8MB/s 。其中的Ultra ATA/66(即Ultra DMA/66)是目前主流桌面硬盘采用的接口类型,其支持最大外部数据传输率为667MB/s。
8、Serial ATA接口,新的Serial ATA(即串行ATA),是英特尔公司在今年IDF(Intel Developer Forum,英特尔开发者论坛)发布的将于下一代外设产品中采用的接口类型,就如其名所示,它以连续串行的方式传送资料,在同一时间点内只会有1位数据传输,此做法能减小接口的针脚数目,用四个针就完成了所有的工作(第1针发出、2针接收、3针供电、4针地线)。
这样做法能降低电力消耗,减小发热量。最新的硬盘接口类型ATA-100就是Serial ATA是初始规格,它支持的最大外部数据传输率达100MB/s,上面介绍的那两款IBM Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV就是第一次采用此ATA-100接口类型的产品。在2001年第二季度将推出Serial ATA 1x标准的产品,它能提高150MB/s的数据传输率。对于Serial ATA接口,一台电脑同时挂接两个硬盘就没有主、从盘之分了,各设备对电脑主机来说,都是Master,这样我们可省了不少跳线功夫。
四、盘片技术
在硬盘磁头、电机及接口不断更新的过程中,存储数据的盘片也在更新中,一般而言,早期的硬盘的盘片都是使用塑料材料作为盘片基质,然后再在塑料基质上涂上磁性材料就可构成硬盘的盘片。
其次于塑料基质后推出的采用铝材料作为硬盘盘片基质,现在市场上的IDE硬盘一般来说都是使用铝材料作为硬盘盘片基质。而最新的硬盘盘片则是采用玻璃材料作为盘片基质,采用玻璃材料能使硬盘具有更多的平滑性及更高的坚固性,此外玻璃材料在硬盘高转速时具有更高的稳定性。IBM公司最新推出的Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV就是采用玻璃材料作为硬盘盘片基质。
五、其它技术
对于硬盘的历史发展来说,除了上面介绍的四大点外,其它还有各种硬盘的附加技术,如硬盘数据保护技术及防震技术,它们也随着硬盘的发展而不断更新,但一般而言,不同硬盘厂商都有自己的一套硬盘保护技术,如昆腾的数据保护系统DPS、震动保护系统SPS;迈拓的数据保护系统MaxSafe、震动保护系统ShockBlock;西部数据公司的数据保护系统Data SafeGuide(数据卫士)等等。这些保护技术都是在原有技术的基础上推出第二代、第三代…等技术。
此外硬盘的数据缓存也随着硬盘的不断发展而不断增大,早期IDE硬盘的数据缓存只有128KB甚至更小,而那时2MB的数据的只能在高端的SCSI硬盘上看到。当然随着存储技术及高速存储器价格的降低,IDE硬盘的数据缓存增加到了256KB,而接下来就是512KB了,目前主流的IDE硬盘数据缓存则为2MB。
从上面的硬盘历史发展中,可以看出硬盘总是朝着容量更大、速度更多、运行更稳定的方向发展得,以前是这样,现在也是这样,将来也必然是这样。
全面的硬盘知识
硬盘,英文“hard-disk”简称HD 。
是一种储存量巨大的设备,作用是储存计算机运行时需要的数据。
体现硬盘好坏的主要参数为传输率,其次的为转速、单片容量、寻道时间、缓存、噪音和SMART
1956年IBM公司制造出世界上第一块硬盘350 RAMAC(Random Access Method of Accounting and Control),它的数据为:容量5MB、盘片直径为24英寸、盘片数为50片、重量上百公斤。
盘片上有一层磁性物质,被轴带着旋转,有磁头移动着存储数据,实现了随机存取。
1970年磁盘诞生
1973年IBM公司制造出了一台640MB的硬盘、第一次采用“温彻斯特”技术,是现在硬盘的开端,因为磁头悬浮在盘片上方,所以镀磁的盘片在密封的硬盘里可以飞速的旋转,但有好几十公斤重。
1975年Soft-adjacent layer(软接近层)专利的MR磁头结构产生
1979年IBM发明了薄膜磁头,这意味着硬盘可以变的很小,速度可以更快,同体积下硬盘可以更大。
1979年IBM 3370诞生,它是第一款采用thin-film感应磁头及Run-Length-Limited(RLL)编码配置的硬盘,"2-7"RLL编码将能减小硬盘错误
1986年IBM 9332诞生,它是第一款使用更高效的1-7 run-length-limited(RLL)代码的硬盘。
1989年第一代MR磁头出现
1991年IBM磁阻MR(Mago Resistive)磁头硬盘出现。
带动了一个G的硬盘也出现。
磁阻磁头对信号变化相当敏感,所以盘片的存储密度可以得到几十倍的提高。
意味着硬盘的容量可以作的更大。
意味着硬盘进入了G级时代。
1993年GMR(巨磁阻磁头技术)推出,这使硬盘的存储密度又上了一个台阶。
认识硬盘
硬盘是电脑中的重要部件,大家所安装的 *** 作系统(如:Windows 9x、Windows 2k…)及所有的应用软件(如:Dreamwaver、Flash、Photoshop…)等都是位于硬盘中,或许你没感觉到吧!但硬盘确实非常重要,至少目前它还是我们存储数据的主要场所,那你对硬盘究竟了解多少了?可能你对她一窍不通,不过没关系,请见下文。
一、硬盘的历史与发展
从第一块硬盘RAMAC的产生到现在单碟容量高达15GB多的硬盘,硬盘也经历了几代的发展,下面就介绍一下其历史及发展。
11956年9月,IBM的一个工程小组向世界展示了第一台磁盘存储系统IBM 350 RAMAC(Random Access Method of Accounting and Control),其磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域,从而成功地实现了随机存储,这套系统的总容量只有5MB,共使用了50个直径为24英寸的磁盘,这些盘片表面涂有一层磁性物质,它们被叠起来固定在一起,绕着同一个轴旋转。
此款RAMAC在那时主要用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域内。
21968年IBM公司首次提出“温彻斯特/Winchester”技术,探讨对硬盘技术做重大改造的可能性。
“温彻斯特”技术的精隋是:“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片,磁头沿盘片径向移动,磁头悬浮在高速转动的盘片上方,而不与盘片直接接触”,这也是现代绝大多数硬盘的原型。
31973年IBM公司制造出第一台采用“温彻期特”技术的硬盘,从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础。
41979年,IBM再次发明了薄膜磁头,为进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。
580年代末期IBM对硬盘发展的又一项重大贡献,即发明了MR(Mago Resistive)磁阻,这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感,使得盘片的存储密度能够比以往20MB每英寸提高了数十倍。
61991年IBM生产的35英寸的硬盘使用了MR磁头,使硬盘的容量首次达到了1GB,从此硬盘容量开始进入了GB数量级。
71999年9月7日,Maxtor宣布了首块单碟容量高达102GB的ATA硬盘,从而把硬盘的容量引入了一个新里程碑。
82000年2月23日,希捷发布了转速高达15,000RPM的Cheetah X15系列硬盘,其平均寻道时间只有39ms,这可算是目前世界上最快的硬盘了,同时它也是到目前为止转速最高的硬盘;其性能相当于阅读一整部Shakespeare只花15秒。
此系列产品的内部数据传输率高达48MB/s,数据缓存为4~16MB,支持Ultra160/m SCSI及Fibre Channel(光纤通道) ,这将硬盘外部数据传输率提高到了160MB~200MB/s。
总得来说,希捷的此款("捷豹")Cheetah X15系列将硬盘的性能提高到了一个新的里程碑。
92000年3月16日,硬盘领域又有新突破,第一款“玻璃硬盘”问世,这就是IBM推出的Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV,此两款硬盘均使用玻璃取代传统的铝作为盘片材料,这能为硬盘带来更大的平滑性及更高的坚固性。
另外玻璃材料在高转速时具有更高的稳定性。
此外Deskstar 75GXP系列产品的最高容量达75GB,这是目前最大容量的硬盘,而Deskstar 40GV的数据存储密度则高达143 十亿数据位/每平方英寸,这再次涮新数据存储密度世界记录。
二、硬盘分类
目前的硬盘产品内部盘片有:525,35,25和18英寸(后两种常用于笔记本及部分袖珍精密仪器中,现在台式机中常用35英寸的盘片);如果按硬盘与电脑之间的数据接口,可分为两大类:IDE接口及SCSI接口硬盘两大阵营。
三、技术规格
目前台式机中硬盘的外形差不了多少,在技术规格上有几项重要的指标:
1平均寻道时间(average seek time),指硬盘磁头移动到数据所在磁道时所用的时间,单位为毫秒(ms)。
注意它与平均访问时间的差别,平均寻道时间当然是越小越好,现在选购硬盘时应该选择平均寻道时间低于9ms的产品。
2平均潜伏期(average latency),指当磁头移动到数据所在的磁道后,然后等待所要的数据块继续转动(半圈或多些、少些)到磁头下的时间,单位为毫秒(ms)。
3道至道时间(single track seek),指磁头从一磁道转移至另一磁道的时间,单位为毫秒(ms)。
4全程访问时间(max full seek),指磁头开始移动直到最后找到所需要的数据块所用的全部时间,单位为毫秒(ms)。
5平均访问时间(average access),指磁头找到指定数据的平均时间,单位为毫秒。
通常是平均寻道时间和平均潜伏时间之和。
注意:现在不少硬盘广告之中所说的平均访问时间大部分都是用平均寻道时间所代替的。
6最大内部数据传输率(internal data transfer rate),也叫持续数据传输率(sustained transfer rate),单位Mb/S(注意与MB/S之间的差别)。
它指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率,一般取决于硬盘的盘片转速和盘片数据线密度(指同一磁道上的数据间隔度)。
注意,在这项指标中常常使用Mb/S或Mbps为单位,这是兆位/秒的意思,如果需要转换成MB/S(兆字节/秒),就必须将Mbps数据除以8(一字节8位数)。
例如,WD36400硬盘给出的最大内部数据传输率为131Mbps,但如果按MB/S计算就只有1637MB/s(131/8)。
7外部数据传输率:通称突发数据传输率(burst data transfer rate),指从硬盘缓冲区读取数据的速率,在广告或硬盘特性表中常以数据接口速率代替,单位为MB/S。
目前主流硬盘普通采用的是Ultra ATA/66,它的最大外部数据率即为667MB/s,而在SCSI硬盘中,采用最新的Ultra 160/m SCSI接口标准,其数据传输率可达160MB/s,采用Fibra Channel(光纤通道),最大外部数据传输将可达200MB/s。
在广告中我们有时能看到说双Ultra 160/m SCSI的接口,这理论上将最大外部数据传输率提高到了320MB/s,但目前好像还没有结合有此接口的产品推出。
8主轴转速:是指硬盘内主轴的转动速度,目前ATA(IDE)硬盘的主轴转速一般为5400~7200rpm,主流硬盘的转速为7200RPM,至于SCSI硬盘的主轴转速可达一般为7200~10,000RPM,而最高转速的SCSI硬盘转速高达15,000RPM(即希捷“捷豹X15”系列硬盘)。
9数据缓存:指在硬盘内部的高速存储器:目前硬盘的高速缓存一般为512KB~2MB,目前主流ATA硬盘的数据缓存应该为2MB,而在SCSI硬盘中最高的数据缓存现在已经达到了16MB。
对于大数据缓存的硬盘在存取零散文件时具有很大的优势。
10硬盘表面温度:它是指硬盘工作时产生的温度使硬盘密封壳温度上升情况。
这项指标厂家并不提供,一般只能在各种媒体的测试数据中看到。
硬盘工作时产生的温度过高将影响薄膜式磁头(包括GMR磁头)的数据读取灵敏度,因此硬盘工作表面温度较低的硬盘有更好的数据读、写稳定性。
如果对于高转速的SCSI硬盘一般来说应该加一个硬盘冷却装置,这样硬盘的工作稳定性才能得到保障。
11MTBF(连续无故障时间):它指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间,单位是小时。
一般硬盘的MTBF至少在30000或40000小时。
这项指标在一般的产品广告或常见的技术特性表中并不提供,需要时可专门上网到具体生产该款硬盘的公司网址中查询。
四、接口标准
ATA接口,这是目前台式机硬盘中普通采用的接口类型。
ST-506/412接口:
这是希捷开发的一种硬盘接口,首先使用这种接口的硬盘为希捷的ST-506及ST-412。
ST-506接口使用起来相当简便,它不需要任何特殊的电缆及接头,但是它支持的传输速度很低,因此到了1987年左右这种接口就基本上被淘汰了,采用该接口的老硬盘容量多数都低于200MB。
早期IBM PC/XT和PC/AT机器使用的硬盘就是ST-506/412硬盘或称MFM硬盘,MFM(Modified Frequency Modulation)是指一种编码方案 。
ESDI接口:
即(Enhanced Small Drive Interface)接口,它是迈拓公司于1983年开发的。
其特点是将编解码器放在硬盘本身之中,而不是在控制卡上,理论传输速度是前面所述的ST-506的2…4倍,一般可达到10Mbps。
但其成本较高,与后来产生的IDE接口相比无优势可言,因此在九十年代后就补淘汰了
IDE及EIDE接口:
IDE(Integrated Drive Electronics)的本意实际上是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器,我们常说的IDE接口,也叫ATA(Advanced Technology Attachment)接口,现在PC机使用的硬盘大多数都是IDE兼容的,只需用一根电缆将它们与主板或接口卡连起来就可以了。
把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度,数据传输的可靠性得到了增强,硬盘制造起来变得更容易,因为厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容,对用户而言,硬盘安装起来也更为方便。
ATA-1(IDE):
ATA是最早的IDE标准的正式名称,IDE实际上是指连在硬盘接口的硬盘本身。
ATA在主板上有一个插口,支持一个主设备和一个从设备,每个设备的最大容量为504MB,ATA最早支持的PIO-0模式(Programmed I/O-0)只有33MB/s,而ATA-1一共规定了3种PIO模式和4种DMA模式(没有得到实际应用),要升级为ATA-2,你需要安装一个EIDE适配卡。
ATA-2(EIDE Enhanced IDE/Fast ATA):
这是对ATA-1的扩展,它增加了2种PIO和2种DMA模式,把最高传输率提高到了167MB/s,同时引进了LBA地址转换方式,突破了老BIOS固有504MB的限制,支持最高可达81GB的硬盘。
如你的电脑支持ATA-2,则可以在CMOS设置中找到(LBA,LogicalBlock Address)或(CHS,Cylinder,Head,Sector)的设置。
其两个插口分别可以连接一个主设备和一个从设置,从而可以支持四个设备,两个插口也分为主插口和从插口。
通常可将最快的硬盘和CD—ROM放置在主插口上,而将次要一些的设备放在从插口上,这种放置方式对于486及早期的Pentium电脑是必要的,这样可以使主插口连在快速的PCI总线上,而从插口连在较慢的ISA总线上。
ATA-3(FastATA-2):
这个版本支持PIO-4,没有增加更高速度的工作模式(即仍为167MB/s),但引入了简单的密码保护的安全方案,对电源管理方案进行了修改,引入了SMART(Self-Monitoring,Analysis and Reporting Technology,自监测、分析和报告技术)
ATA-4(UltraATA、UltraDMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66):
这个新标准将PIO-4下的最大数据传输率提高了一倍,达到33MB/s,或更高的66MB/s。
它还在总线占用上引入了新的技术,使用PC的DMA通道减少了CPU的处理负荷。
要使用Ultra-ATA,需要一个空闲的PCI扩展槽,如果将UltraATA硬盘卡插在ISA扩展槽上,则该设备不可能达到其最大传输率,因为ISA总线的最大数据传输率只有8MB/s 。
其中的Ultra ATA/66(即Ultra DMA/66)是目前主流桌面硬盘采用的接口类型,其支持最大外部数据传输率为667MB/s。
Serial ATA:
新的Serial ATA(即串行ATA),是英特尔公司在今年IDF(Intel Developer Forum,英特尔开发者论坛) 发布的将于下一代外设产品中采用的接口类型,就如其名所示,它以连续串行的方式传送资料,在同一时间点内只会有1位数据传输,此做法能减小接口的针脚数目,用四个针就完成了所有的工作(第1针发出、2针接收、3针供电、4针地线)。
这样做法能降低电力消耗,减小发热量。
最新的硬盘接口类型ATA-100就是Serial ATA是初始规格,它支持的最大外部数据传输率达100MB/s,上面介绍的那两款IBM Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV就是第一次采用此ATA-100接口类型的产品。
在2001年第二季度将推出Serial ATA 1x标准的产品,它能提高150MB/s的数据传输率。
对于Serial ATA接口,一台电脑同时挂接两个硬盘就没有主、从盘之分了,各设备对电脑主机来说,都是Master,这样我们可省了不少跳线功夫。
SCSI接口:
SCSI就是指Small puter System Interface(小型计算机系统接口),它最早研制于1979,原是为小型机的研制出的一种接口技术,但随着电脑技术的发展,现在它被完全移植到了普通PC上。
现在的SCSI可以划分为SCSI-1和SCSI-2(SCSI Wide与SCSI Wind Fast),最新的为SCSI-3,不过SCSI-2是目前最流行的SCSI版本。
SCSI广泛应用于如:硬盘、光驱、ZIP、MO、扫描仪、磁带机、JAZ、打印机、光盘刻录机等设备上。
它的优点非常多主要表现为以下几点:
1、适应面广; 使用SCSI,你所接的设备就可以超过15个,而所有这些设备只占用一个IRQ,这就可以避免IDE最大外挂15个外设的限制。
2、多任务;不像IDE,SCSI允许对一个设备传输数据的同时,另一个设备对其进行数据查找。
这将在多任务 *** 作系统如Linux、Windows NT中获得更高的性能。
3、宽带宽;在理论上,最快的SCSI总线有160MB/s的带宽,即Ultra 160/s SCSI;这意味着你的硬盘传输率最高将达160MB/s(当然这是理论上的,实际应用中可能会低一点)。
4、少CPU占用率
从最早的SCSI到现在Ultra 160/m SCSI,SCSI接口具有如下几个发展阶段
1、SCSI-1 —最早SCSI是于1979年由美国的Shugart公司(Seagate希捷公司的前身)制订的,并于1986年获得了ANSI(美国标准协会)承认的SASI(Shugart Associates System Interface施加特联合系统接口) ,这就是我们现在所指的SCSI -1,它的特点是,支持同步和异步SCSI外围设备;支持7台8位的外围设备最大数据传输速度为5MB/S;支持WORM外围设备。
2、SCSI-2 —90年代初(具体是1992年),SCSI发展到了SCSI-2,当时的SCSI-2 产品(通称为Fast SCSI)是能过提高同步传输时的频率使数据传输率提高为10MB/S,原本为8位的并行数据传输称为:Narrow SCSI;后来出现了16位的并行数据传输的WideSCSI,将其数据传输率提高到了20MB/S 。
3、SCSI-3 —1995年推出了SCSI-3,其俗称Ultra SCSI,全称为SCSI-3 Fast-20 Parallel Interface(数据传输率为20M/S)它采用了同步传输时钟频率提高到20MHZ以提高数据传输的技术,因此使用了16位传输的Wide模式时,数据传输即可达到40MB/s。
其允许接口电缆的最大长度为15米。
4、1997年推出了Ultra 2 SCSI(Fast-40),其采用了LVD(Low Voltage Differential,低电平微分)传输模式,16位的Ultra2SCSI(LVD)接口的最高传输速率可达80MB/S,允许接口电缆的最长为12米,大大增加了设备的灵活性。
5、1998年9月更高的数据传输率的Ultra160/m SCSI(Wide下的Fast-80)规格正式公布,其最高数据传输率为160MB/s,这将给电脑系统带来更高的系统性能。
现有最流行的串行硬盘技术
随着INTEL的915平台的发布,最新的ICH6-M也进入了我们的视野。
而ICH6除了在一些电源管理特性方面有所增强外,也正式引入了SATA(串行ATA,以下简称SATA)和PCI-E概念。
对于笔记本来说,从它诞生的那天起就一直使用着PATA(并行ATA,以下简称PATA)来连接硬盘,SATA的出现无疑是一项硬盘接口的革命。
而如今随着INTEL的积极推动,笔记本也开始迈入SATA的阵营。
关于SATA的优势,笔者相信诸位也都有了解。
确实,比起PATA,SATA有着很多不可比拟的优势,而笔者将在本文中透过技术细节来多其进行分析。
相信您读完本文后会对SATA有着更深入的了解。
另外由于本文主要针对笔记本和台式机,所以诸如RAID等技术不在本文讨论范围之内。
串行通信和并行通信
再进行详细的介绍之前,我们先了解一下串行通信和并行通信的特点。
一般来说,串行通信一般由二根信号线和一根地线就可完成互相的信息的传送。
如下图,我们看到设备A和设备B之间的信号交换仅用了两根信号线和一根地线就完成了。
这样,在一个时钟内,二个bit的数据就会被传输(每个方向一个bit,全双工),如果能时钟频率足够高,那么数据的传输速度就会足够快。
如果为了节省成本,我们也可以只用一根信号线和一根地线连接。
这样在一个时钟内只有一个bit被传输(半双工),我们也同样可以提高时钟频率来提升其速度。
而并行通信在本质上是和串行通信一样的。
唯一的区别是并行通信依靠多条数据线在一个时钟周期里传送更多的bit。
下图中,数据线已经不是一条或者是两条,而是多条。
我们很容易知道,如果有8根数据线的话,在同一时钟周期内传送的的数据量是8bit。
如果我们的数据线足够多的话,比如PCI总线,那一个周期内就可以传送32bit的数据。
在这里,笔者想提醒各位读者,对于一款产品来说,用最低的成本来满足带宽的需要,那就是成功的设计,而不会在意你是串行通信还是并行通信,也不会管你的传输技术是先进还是落后。
PATA接口的速度
我们知道,ATA-33的速度为33MB/S,ATA-100的速度是100MB/S。
那这个速度是如何计算出来的呢?
首先,我们需要知道总线上的时钟频率,比如ATA-100是25MHz,PATA的并行数据线有16根,一次能传送16bit的数据。
而ATA-66以上的规范为了降低总线本身的频率,PATA被设计成在时钟的上下沿都能传输数据(类似DDR的原理),使得在一个时钟周期内能传送32bit。
这样,我们很容易得出ATA-100的速度为:25M16bit2=800Mbps=100MByte/s。
PATA的局限性
在相同频率下,并行总线优于串行总线。
随着当前硬盘的数据传输率越来越高,传统的并行ATA接口日益逐渐暴露出一些设计上的缺陷,其中最致命的莫过于并行线路的信号干扰问题。
那各信号线之间是如何干扰的呢?
1,首先是信号的反射现象。
从南桥发出的PATA信号,通过扁长的信号线到达硬盘(在笔记本上对应的也有从南桥引出PATA接口,一直布线到硬盘的接口)。
学过微波通信的读者肯定知道,信号在到达PATA硬盘后不可避免的会发生反d,而反d的信号必将叠加到当前正在被传输的信号上,导致传输中数据的完整性被破坏,引起接受端误判。
所以在实际的设计中,都必须要设计相应的电路来保证信号的完整性。
我们看到,从南桥发出的PATA信号一般都需要经过一个排阻才发送到PATA的设备。
我们必须加上至少30个电阻(除了16根数据线,还有一些控制信号)才能有效的防止信号的反d。
而在硬盘内部,硬盘厂商会在里面接上终端电阻以防止引号反d。
这不仅对成本有所上升,也对PCB的布局也造成了困扰。
当然,信号反d在任何高速电路里都会发生,在SATA里我们也会看到终端电阻,但因为SATA的数据线比PATA少很多,并且采用了差分信号传输,所以这个问题并不突出。
2,其次是信号的偏移问题
理论上,并行总线的数据线的长度应该是一致的。
而在实际上,这点很难得到保证。
信号线长度的不一致性会导致某个信号过快/过慢到达接受端,导致逻辑误判。
不仅如此,导致信号延迟的原因还有很多,比如线路板上的分布电容、信号线在高频时产生的感抗等都会引起信号的延迟。
如图,在左侧南桥端我们发送的数据为[1,1,1,0],在发送到硬盘的过程中,第四个信号由于某种原因出现延迟,在判断时刻还没到达接受端。
这样,接受端判断接受到的信号为[1,1,1,1],出现错误。
由此也可看出,并行数据线越多,出现错误的概率也越大。
下图是SONY Z1的硬盘转接线,我们看到,设计师做了不少蛇行走线以满足PATA数据线的长度一致性要求。
我们可以很容易想像,信号的时钟越快,被判断信号判断的时间就越短,出现误判的可能性就越大。
在较慢的总线上(上),允许数据信号和判断信号的时间误差为a,而在高速的总线上(下),允许误差为b。
速度越快,允许的误差越小。
这也是PATA的总线频率提升的局限性,而总线频率直接影响着硬盘传输速度。
3,还有是信号线间的干扰(串音干扰)
这种干扰几乎存在与任何电路。
和信号偏移一样,串音干扰也是并行通信的通病。
由于并行通信需要多条信号线并行走线(以满足长度、分布电容等参数的一致性),而串音干扰就是在这时候导致的。
由于信号线在传输数据的过程中不停的以0,1间变换,导致其周边的磁场变化甚快。
通过法拉第定律我们知道,磁场变化越快,切割磁力线的导线上的电压越大。
这个电压将导致信号的变形,信号频率越高,干扰愈加严重,直至完全无法工作。
串音干扰可以说这是对并行的PATA线路影响最大的不利因素,并且大大限制了线路的长度。
硬盘的恢复主要是靠备份,还有一些比较专业的恢复技术就是要专业学习的了不过我不专业,现在最常用的就是GHOST,它可以备份任何一个盘付,并生成一个备份文件必要的时候可以用来恢复数据
现在市场上的主要几款硬盘就是迈托,西部数据(WD),希捷(ST),三星,东之,松下,还有最新的那个易拓保密硬盘
刀殇
纳米材料的研究最初源于十九世纪六十年代对胶体微粒的研究,二十世纪六十年代后,研究人员开始有意识得通过对金属纳米微粒的制备和研究来探索纳米体系的奥秘。1984年,德国萨尔布吕肯的格莱特(Gleiter)教授把粒径为6nm的金属铁粉原位加压制成世界上第一块纳米材料,开创纳米材料学之先河。1990年7月,在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术学术会议(Nano- ST),标志着纳米材料学作为一个相对独立学科的诞生。1990年,美国国际商用机器公司的科学家利用隧道扫描显微镜上的探针,在镍表面用36个氙原子排出“IBM”三个字母。科学家们从这种能 *** 纵单个原子的纳米技术中,看到了设计和制造分子大小的器件的希望。1993年,中国科学院北京真空物理实验室 *** 纵原子成功写出“中国”二字,标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。
九十年代以来,准一维纳米材料的研制一直是纳米科技的前沿领域。1991年1月,日本筑波 NEC实验室的饭岛澄男(S Iijima)首次用高分辨分析电镜观察到碳纳米管,这些碳纳米管为多层同轴管,也叫巴基管(Bucky tube)。2000年10月,美国宾州大学研究人员在Science上发表文章称,纳米碳管的质量是相同体积钢的六分之一,却具有超过钢 100倍的强度。不仅具有良好的导电性能, 还是目前最好的导热材料。纳米碳管优异的导热性能将使它成为今后计算机芯片的热沉,也可用于发动机、火箭等的各种高温部件的防护材料。最新的研究表明,碳纳米管当中的空腔不仅可以充当微型试管、模具或模板,而且将第二种物质封存在这个约束空间还会诱导其具备在宏观材料中看不到的结构和行为。计算机模拟显示,封存在碳纳米管中的水能够以新的冰相存在,在合适的条件下,碳纳米管中液相和固相的明显界线将会消失,液体物质将会连续地转变成固体,而不发生明显的凝固过程。
1993年,美国IBM公司Almaden实验室Bethune等人和Iijima同时报道了观察到单壁碳纳米管(Single- walled Carbon Nanotubes)。1996年,因发现C60获得诺贝尔奖的斯莫利(Smalley)和他的研究组合成了成行排列的单壁碳纳米管束。同年,中科院物理所解思深研究员的研究组用化学气相法制备出面积达3mm×3mm的大面积碳纳米管阵列,它可用作极好的场发射平面显示器件。他们还于 1998年合成了当时最长的2毫米长度的纤维级碳纳米管。
除了碳纳米管外,科研人员还合成了其他的纳米管材料,如BxCyNz、NiCl2、类酯体、 MCM-41管中管、水铝英石、b-(g-)环糊精纳米管聚集体及定向排列的氮化硅纳米管等[1]。准一维纳米材料中除了空心的纳米管以外还有实心的纳米棒、纳米线、量子线。图1为我们研究组合成的氧化硅纳米线,直径为5-120nm,从线末梢到根部,长度为10-70mm。1997年,法国学者 Colliex在利用分析电弧放电得到包覆异质纳米壳体的C-BN-C管,由于它的几何结构类似于同轴电缆,直径又为纳米级,故称其为同轴纳米电缆(coaxial nanocable)。由于同轴纳米电缆具有的独特结构,将在纳米结构器件中占有重要的地位。
1996年,中国科技大学谢毅博士利用苯热合成法制备出产率很高、平均粒度为30nm的氮化镓粉体。1997年,清华大学范守善教授制备出直径为3-50纳米、长度达微米量级的氮化镓纳米棒,首次把氮化镓制备成一维纳米晶体,提出碳纳米管限制反应的概念。1999年,他与美国斯坦福大学戴宏杰教授合作,实现硅衬底上碳纳米管阵列的自组织生长。
1997年,美国纽约大学科学家发现,DNA(脱氧核糖核酸)可用于建造纳米层次上的机械装置。2000年,美国朗讯公司和英国牛津大学的科学家用DNA的碱基配对机制制造出了一种每条臂长只有7纳米的纳米级镊子。
1998年,中国科技大学钱逸泰院士的研究组用催化热解法,从四氯化碳制备出金刚石纳米粉,被国际刊物誉为“稻草变黄金”。
1999年,北京大学电子系薛增泉教授的研究组在将单壁碳纳米管组装竖立在金属表面,组装出性能良好的扫描隧道显微镜用探针。同年,中科院金属所成会明博士合成出高质量的碳纳米材料,使我国新型储氢材料研究跃上世界先进水平。
1999年巴西和美国科学家用碳纳米管制备了世界上最小的“秤”,它能够称量十亿分之一克的物体,即相当于一个病毒的重量;不久,德国科学家研制出称量单个原子重量的“纳米秤”,打破了先前的纪录。同年,美国科学家在单个分子上实现有机开关,证实在分子水平上可以发展电子和计算装置。
中科院沈阳金属所的卢柯小组在纳米材料及相关亚稳材料领域取得了突出的成绩。他发展的利用非晶完全晶化制备致密纳米合金的方法已与惰性气体蒸发后原位加压法、高能球磨法成为当前制备金属纳米块材的三种主要方法之一。他们发现的纳米铜的室温超塑延展性,被评为2000年中国十大科技新闻。
从发现纳米碳管始,科学家们不断研制出越来越细的纳米碳管。2000年,解思深组利用常现电弧放电方法制备出内径为 05nm的碳纳米管。同年,香港科技大学的汤子康博士即宣布发现了世界上最细的纯碳纳米碳管¾04nm碳管,这一结果已达到碳纳米管的理论极限值。12月柏林的马克斯—玻恩研究所研制出1nm直径的薄壁纳米管,创出薄壁纳米管研制的新记录。
2001年初,中国科技大学朱清时院士的研究组首次直接拍摄到能够分辨出化学键的C60单分子图像,这种单分子直接成像技术为解析分子内部结构提供了有效的手段,使科学家可以人工“切割”和重新“组装”化学键,为设计和制备单分子级的纳米器件奠定了基础。3月,美国佐治亚理工学院留美中国学者王中林教授的研究组利用高温固体气相法,在世界上首次合成了独特形态且无缺陷的半导体氧化物纳米带状结构。这是继纳米管、纳米线之后纳米家族增加的新的成员。它有望解决纳米管在大规模生产时稳定性的问题,并在纳米物理研究和纳米器件应用上有重要的作用。6月,香港科技大学沈平教授的研究组在单根纯碳纳米碳管中观察到超导特性。这一观察表明,当纳米碳管细到一定程度时,其材料性质将发生突变。从应用上来讲,纳米碳管超导性的发现,将有助解决电子在集成半导体器件中传输时的发热问题。
由上可见,在纳米基础研究领域,中国并不落后¾自90年代初,科技部、国家自然科学基金委、中国科学院等单位就启动了有关纳米材料的攀登计划、国家重点基础研究项目等,投入数千万元资金支持纳米基础研究;中国的纳米科学家,在国际上取得了一系列令人瞩目的成果,相继在《Science》、《Nature》等权威杂志上发表了高水平的论文,使中国在纳米材料基础研究方面,尤其是纳米结构的控制合成方面,走在比较前沿的位置,继美、日、德之后,位居世界第四。但是,在纳米器件上总体来说研究层次还不是很高,手段离国外还有很大的差距。
二、 纳米科技的应用
在纳米材料中,由于纳米级尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度等物理特征尺寸相当或更小,使得晶体周期性的边界条件被破坏;纳米微粒的表面层附近的原子密度减小;电子的平均自由程很短,而局域性和相干性增强。尺寸下降还使纳米体系包含的原子数大大下降,宏观固定的准连续能带转变为离散的能级。这些导致纳米材料宏观的声、光、电、磁、热、力学等的物理效应与常规材料有所不同,体现为量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。目前描述纳米材料中的基本物理效应主要是从金属纳米微粒研究基础上发展和建立起来的,要准确把握纳米科技中现象的本质,必须要在理论上实现从连续系统物理学向量子物理学的转变。
当今科技的发展要求材料的超微化、智能化、元件的高集成、高密度存储和超快传输等特性为纳米科技和纳米材料的应用提供了广阔的空间。美国制定的“国家纳米技术倡议”(NNI)中所列纳米科学与技术涉及的领域很宽泛,但最基本的有三个,即纳米材料,纳米电子学、光电子学和磁学,纳米医学和生物学。
1 纳米电子学、光电子学和磁学
纳米粒子的宏观隧道效应确立了微电子器件微型化的极限。纳米电子学、光电子学及磁学微电子器件的极限线宽,以硅集成电路而言,普遍认为是70nm左右。目前国际上最窄线宽已为130nm,在十年以内将达到极限。如果将硅器件做的更小,电子会隧穿通过绝缘层,造成电路短路。解决纳米电子电路的思路目前可分为两类,一类是在光刻法制作的集成电路中利用双光子光束技术中的量子纠缠态,有可能将器件的极限缩小至25nm。另一类是研制新材料取代硅,采用蛋白质二极管,纳米碳管作引线和分子电线。新概念器件的形成,单原子 *** 纵是重要的方式。1997年,美国科学家成功地用单电子移动单电子,这种技术可用于研制速度和存储容量比现在提高上万倍的量子计算机。2001年7月,荷兰研究人员制造出在室温下能有效工作的单电子纳米碳管晶体管。这种晶体管以纳米碳管为基础,依靠一个电子来决定“开”和“关”状态,由于它低耗能的特点,将成为分子计算机的理想材料 。在新世纪,超导量子相干器件、超微霍尔探测器和超微磁场探测器将成为纳米电子学中器件的主角。
利用纳米磁学中显著的巨磁电阻效应(giant magnetoresistance,GMR)和很大的隧道磁电阻(tunneling magnetoresistance, TMR)现象研制的读出磁头将磁盘记录密度提高30多倍,瑞士苏黎世的研究人员制备了Cu、Co交替填充的纳米丝,利用其巨磁电阻效应制备出超微磁场传感器。磁性纳米微粒由于粒径小,具有单磁畴结构,矫顽力很高,用作磁记录材料可以提高信噪比,改善图像质量。1997年,明尼苏达大学电子工程系纳米结构实验室采用纳米平板印刷术成功地研制了纳米结构的磁盘,长度为40纳米的Co棒按周期性排列成的量子棒阵列。由于纳米磁性单元是彼此分离的,因而称为量子磁盘。它利用磁纳米线阵列的存储特性,存贮密度可达400Gb×in-2。利用铁基纳米材料的巨磁阻抗效应制备的磁传感器已问世,包覆了超顺磁性纳米微粒的磁性液体也被广泛用在宇航和部分民用领域作为长寿命的动态旋转密封。
2 纳米医学和生物学
从蛋白质、DNA、RNA到病毒,都在1-100nm的尺度范围,从而纳米结构也是生命现象中基本的东西。细胞中的细胞器和其它的结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”,细胞就象一个个“纳米车间”,植物中的光合作用等都是“纳米工厂”的典型例子。遗传基因序列的自组装排列做到了原子级的结构精确,神经系统的信息传递和反馈等都是纳米科技的完美典范。生物合成和生物过程已成为启发和制造新的纳米结构的源泉,研究人员正效法生物特性来实现技术上的纳米级控制和 *** 纵。
纳米微粒的尺寸常常比生物体内的细胞、红血球还要小,这就为医学研究提供了新的契机。目前已得到较好应用的实例有:利用纳米SiO2微粒实现细胞分离的技术,纳米微粒,特别是纳米金(Au)粒子的细胞内部染色,表面包覆磁性纳米微粒的新型药物或抗体进行局部定向治疗等。
正在研制的生物芯片包括细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片) 等,都具有集成、并行和快速检测的优点,已成为纳米生物工程的前沿科技。将直接应用于临床诊断,药物开发和人类遗传诊断。植入人体后可使人们随时随地都可享受医疗,而且可在动态检测中发现疾病的先兆信息,使早期诊断和预防成为可能。
纳米生物材料也可以分为两类,一类是适合于生物体内的纳米材料,如各式纳米传感器,用于疾病的早期诊断、监测和治疗。各式纳米机械系统可以快速地辨别病区所在,并定向地将药物注入病区而不伤害正常的组织或清除心脑血管中的血栓、脂肪沉积物,甚至可以用其吞噬病毒,杀死癌细胞。另一类是利用生物分子的活性而研制的纳米材料,它们可以不被用于生物体,而被用于其它纳米技术或微制造。
3 在国防科技上的应用
纳米技术将对国防军事领域带来革命性的影响。例如:纳米电子器件将用于虚拟训练系统和战场上的实时联系;对化学、生物、核武器的纳米探测系统;新型纳米材料可以提高常规武器的打击与防护能力;由纳米微机械系统制造的小型机器人可以完成特殊的侦察和打击任务;纳米卫星可用一枚小型运载火箭发射千百颗,按不同轨道组成卫星网,监视地球上的每一个角落,使战场更加透明。而纳米材料在隐身技术上的应用尤其引人注目。
在雷达隐身技术中,超高频(SHF,GHz)段电磁波吸波材料的制备是关键。纳米材料正被作为新一代隐身材料加以研制。由于纳米材料的界面组元所占比例大,纳米颗粒表面原子比例高,不饱和键和悬挂键增多。大量悬挂键的存在使界面极化,吸收频带展宽。高的比表面积造成多重散射。纳米材料的量子尺寸效应使得电子的能级分裂,分裂的能级间距正处于微波的能量范围,为纳米材料创造了新的吸波通道。纳米材料中的原子、电子在微波场的辐照下,运动加剧,增加电磁能转化为热能的效率,从而提高对电磁波的吸收性能。美国研制的“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波的吸收率达99%,法国最近研制的CoNi纳米颗粒被覆绝缘层的纳米复合材料,在2-7GHz范围内,其m¢和m¢¢几乎均大于6。最近国外正致力于研究可覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合材料,并提出了单个吸收粒子匹配设计机理,这样可以充分发挥单位质量损耗层的作用。纳米材料在具备良好的吸波功能的同时,普遍兼备了薄、轻、宽、强等特点。纳米材料中的硼化物、碳化物,铁氧体,包括纳米纤维及纳米碳管在隐身材料方面的应用都将大有作为。
图2是我们研究组利用溶胶-凝胶法制备的b-纳米碳化硅粉的透射形貌照片,一次颗粒尺度约为 20nm。经微波网络矢量分析仪测量其介电损耗(tgd)达到928,而其它碳化硅粉的介电损耗在02-06之间,因而具备了在常温和高温下吸收超高频段电磁波的潜力。
4 纳米陶瓷的补强增韧
先进陶瓷材料在高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用,然而,脆性是陶瓷材料难以克服的弱点。英国材料学家Cahn曾评述,通过改进工艺和化学组分等方法来克服陶瓷脆性的尝试都不太理想,无论是固溶掺杂的氮化硅、相变增韧的氧化锆要在实际中作为陶瓷发动机材料还不能实现。纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径之一。
纳米陶瓷具有类似于金属的超塑性是纳米材料研究中令人注目的焦点。例如,纳米氟化钙和纳米氧化钛陶瓷在室温下即可发生塑性形变,180℃时,塑性形变可达100%。存在预制裂纹的试样在180℃下弯曲时,也不发生裂纹扩展。九十年代初,日本的新原皓一(Niihara)报道用纳米SiC颗粒复合氧化铝材料的强度可达到1GPa以上,而常规的氧化铝基陶瓷强度只有350-600MPa。Al2O3/SiC纳米复合材料在1300℃氩气中退火2小时后强度提高到15GPa,它的高力学性能是与纳米复相陶瓷的精细显微结构直接相关的。德国马普冶金材料研究所的科研人员将聚甲基硅氮烷在高温下裂解后,制得的a-Si3N4微米晶与a-SiC纳米晶复合陶瓷材料。它具有良好的高温抗氧化性能,可在1600℃的高温使用(氮化硅材料的最高使用温度一般为1200-1300℃)。他们最新进展是通过添加硼化物提高材料的热稳定性,利用生成BN的包覆作用稳定纳米氮化硅晶粒,将这种Si-B-C-N陶瓷的使用温度进一步提高到2000℃,这是迄今国际上使用温度最高的块体陶瓷材料。
目前,纳米陶瓷粉体的制备较为成熟,新工艺和新方法不断出现,已具备了生产规模。纳米陶瓷粉体的制备方法主要有气相法、液相法、高能球磨法等。气相法包括惰性气体冷凝法、等离子法、气体高温裂解法、电子束蒸发法等。液相法包括化学沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法、水热法等。我们研究组提出利用原位选择性反应法制备了纳米晶TiC和TiN复合TZP的复合粉料,为陶瓷材料的显微结构设计提供了新的研究思路。纳米陶瓷的致密化手段也趋于多样化,其中微波烧结和放电等离子体烧结(SPS)具有良好的效果。美国宾州大学陈一苇教授利用无压烧结制备平均粒径为60nm的致密Y2O3块体材料,为发展纳米陶瓷带来新的希望。2001年6月,日本经济产业省报道将纳米陶瓷等新型材料应用于飞机部件制造技术。
5 纳米科技在其它方面的应用
纳米颗粒的比表面积大、表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力强的优异性质使其在化工催化方面有着重要的应用。纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等已直接用作高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂,大大提高了反应效率。使用纳米镍粉作为反应催化剂的火箭固体燃料,燃烧效率可提高 100倍,用硅载体镍催化丙醛的氧化反应,当镍的粒径在5nm以下,反应选择性发生急剧变化,醛分解反应得到有效控制,生成酒精的转化率迅速增大。
小型化本身并不代表纳米技术,纳米材料和纳米科技有着明确的尺度和性能方面的定义。制造纳米器件目前主要的方法还是通过“由上而下”(top down)尽力降低物质结构维数来实现,而纳米科技未来发展方向是要实现“由下而上”( bottom up)的方法来构建纳米器件。目前此方面的尝试有两类,一类是人工实现单原子 *** 纵和分子手术,日本大阪大学的研究人员利用双光子吸收技术在高分子材料中合成了三维的纳米牛和纳米d簧,使功能性微器件的制备接受有了新的突破。另一类是各种体系的分子自组装技术,已由分子自组装构建的纳米结构包括纳米棒、纳米管、多层膜、孔洞结构等。美国贝尔实验室的科学家利用有机分子硫醇的自组装技术制备直径为1-2nm的单层的场效应晶体管,这种单层纳米晶体管的制备是研制分子尺度电子器件重要的一步。这方面的工作现在还仅限于实验室研究阶段。
欢迎分享,转载请注明来源:内存溢出
微信扫一扫
支付宝扫一扫
评论列表(0条)