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硬盘：存储数据的仓库 一、引言 在数字化时代，数据存储已经成为我们生活中不可或缺的一部分。我们的电脑设备中都有一块重要的存储部件，那就是硬盘。本文将详细介绍硬盘的基本概念、分类、应用等方面，带您领略硬盘的魅力。 硬盘（Hard Disk Drive，简称HDD）是一种基于磁性原理的存储设备，它由一个或多个涂有磁性介质的旋转圆盘组成。硬盘通过改变圆盘上的磁性颗粒的极性方向来存储数据，读取时则通过感应这些磁性颗粒的极性方向来还原数据。 固态硬盘（左）机械硬盘（右） 机械硬盘： 机械硬盘是最常见的硬盘类型，它由多个磁性圆盘和读写头组成。每个圆盘被分成多个磁道，每个磁道又被分成多个扇区。当需要存储数据时，硬盘的读写头会在圆盘上移动，将数据写入对应的扇区中。由于机械硬盘的运行机制，其读写速度和寻道时间有一定的延迟。 固态硬盘（Solid State Drive，简称SSD）与传统机械硬盘不同，它没有机械运动部分，而是通过闪存芯片存储数据。固态硬盘具有读写速度快、低功耗、防震等优点，但价格较高。 四、应用
Sphere, J. (2010). 'The Computer in the Humanities'. Sage Publications. 百度百科的介绍（机械硬盘和固态硬盘） https://baike.baidu.com/item/%E7%94%B5%E8%84%91%E7%A1%AC%E7%9B%98/8686272?lemmaFrom=lemma_starMap&fromModule=lemma_starMap https://baike.baidu.com/item/%E5%9B%BA%E6%80%81%E7%A1%AC%E7%9B%98/453510?fromtitle=ssd&fromid=5906 电脑硬盘是计算机最主要的存储设备。硬盘（港台称之为硬碟，英文名：Hard Disk Drive，简称HDD全名温彻斯特式硬盘）由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。 绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。早期的硬盘存储媒介是可替换的，不过今日典型的硬盘是固定的存储媒介，被封在硬盘里 （除了一个过滤孔，用来平衡空气压力）。随着发展，可移动硬盘也出现了，而且越来越普及，种类也越来越多.大多数微机上安装的硬盘，由于都采用温切斯特（winchester）技术而被称之为“温切斯特硬盘”，或简称“温盘”。 目录 1.1 技术参数 2.2 分类 3.3 结构 4.4 使用方法 5.5 正确维护 6.6 注意事项 7.7 如何加快硬盘读写速度 8.8 故障原因 技术参数 1、容量 作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘最主要的参数。 硬盘的容量以兆字节Megabyte（MB）、千兆字节Gigabyte（GB）或太字节Terabyte（TB）为单位，1GB=1024MB，1TB=1024GB。但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取1GB=1000MB，因此我们在BIOS中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。 硬盘的容量指标还包括硬盘的单碟容量。所谓单碟容量是指硬盘单片盘片的容量，单碟容量越大，单位成本越低，平均访问时间也越短。对于用户而言，硬盘的容量就像内存一样，永远只会嫌少不会嫌多。Windows操作系统带给我们的除了更为简便的操作外，还带来了文件大小与数量的日益膨胀，一些应用程序动辄就要吃掉上百兆的硬盘空间，而且还有不断增大的趋势。因此，在购买硬盘时适当的超前是明智的。前两年主流硬盘是320G，500G，而750G以上的大容量硬盘亦已开始普及，2007年开始出现1TB的大容量硬盘。 2、转速 转速(Rotational Speed 或Spindle speed)，是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一，它是决定硬盘内部传输率的关键因素之一，在很大程度上直接影响到硬盘的速度。硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快，相对的硬盘的传输速度也就得到了提高。硬盘转速以每分钟多少转来表示，单位表示为RPM，RPM是Revolutions Per minute的缩写，是转/每分钟。RPM值越大，内部传输率就越快，访问时间就越短，硬盘的整体性能也就越好。 硬盘的主轴马达带动盘片高速旋转，产生浮力使磁头飘浮在盘片上方。要将所要存取资料的扇区带到磁头下方，转速越快，则等待时间也就越短。因此转速在很大程度上决定了硬盘的读取速度。 家用的普通硬盘的转速一般有5400rpm、7200rpm几种，高转速硬盘是台式机用户的首选；而对于笔记本用户则是4200rpm、5400rpm为主，虽然已经有公司发布了7200rpm的笔记本硬盘，但在市场中还较为少见； 3、访问时间 平均访问时间(Average Access Time)是指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。 平均访问时间体现了硬盘的读写速度，它包括了硬盘的寻道时间和等待时间，即：平均访问时间=平均寻道时间 平均等待时间。 硬盘的平均寻道时间(Average Seek Time)是指硬盘的磁头移动到盘面指定磁道所需的时间。这个时间当然越小越好，硬盘的平均寻道时间通常在8ms到12ms之间，而SCSI硬盘则应小于或等于8ms。 硬盘的等待时间，又叫潜伏期(Latency)，是指磁头已处于要访问的磁道，等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时间为盘片旋转一周所需的时间的一半，一般应在4ms以下。 4、传输速率 传输速率(Data Transfer Rate) 硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）。硬盘数据传输率又包括了内部数据传输率和外部数据传输率。 内部传输率(Internal Transfer Rate) 也称为持续传输率(Sustained Transfer Rate)，它反映了硬盘缓冲区未用时的性能。内部传输率主要依赖于硬盘的旋转速度。 外部传输率（External Transfer Rate）也称为突发数据传输率（Burst Data Transfer Rate）或接口传输率，它标称的是系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率，外部数据传输率与硬盘接口类型和硬盘缓存的大小有关。 Fast ATA接口硬盘的最大外部传输率为16.6MB/s，而Ultra ATA接口的硬盘则达到33.3MB/s。 使用SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来PC机硬盘的趋势。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA 1.0规范。2002年，虽然串行ATA的相关设备还未正式上市，但Serial ATA委员会已抢先确立了Serial ATA 2.0规范。Serial ATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。 5、缓存 缓存（Cache memory）是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存取速度，它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。由于硬盘的内部数据传输速度和外界介面传输速度不同，缓存在其中起到一个缓冲的作用。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速度的重要因素，能够大幅度地提高硬盘整体性能。当硬盘存取零碎数据时需要不断地在硬盘与内存之间交换数据，有大缓存，则可以将那些零碎数据暂存在缓存中，减小外系统的负荷，也提高了数据的传输速度 分类 1、内存通讯 分有XT型（即DMA方式）和AT型（即中断驱动方式）两种。 2、磁头驱动 分有步进电机驱动和音圈电机驱动两种。 步进电机驱动机构的结构紧凑，控制简单，但是整个驱动定位系统是开环控制，步进电机靠脉冲信号驱动，因此定位精度比较低、存取时间较长； 音圈电机是线性电机，可直接驱动磁头作直线运动。整个马铃薯动定位系统是一个带有速度和位置反馈的闭环调节自动控制系统，驱动速度快，而且定位精度高。先进的磁盘驱动器普遍采用音圈电机驱动和伺服盘定位。 盘径与容量有5.25英寸的、3.5英寸的、2.5英寸的、1.8英寸及1.3英寸的，最小的为指甲盖大小。 从外形尺寸看，有全高、半高和薄型三种。 结构 硬盘（hard disk）是计算机中最重要的存储器之一。计算机需要正常运行所需的大部分软件都存储在硬盘上。因为硬盘存储的容量较大，区别于内存、光盘。硬盘是电脑上使用使用坚硬的旋转盘片为基础的存储设备。它在平整的磁性表面存储和检索数字数据。 磁头 磁头是硬盘中最昂贵的部件，也是硬盘技术中最重要和最关键的一环。传统的磁头是读写合一的电磁感应式磁头，但是，硬盘的读、写却是两种截然不同的操作，为此，这种二合一磁头在设计时必须要同时兼顾到读/写两种特性，从而造成了硬盘设计上的局限。而MR磁头（Magnetoresistive heads），即磁阻磁头，采用的是分离式的磁头结构：写入磁头仍采用传统的磁感应磁头（MR磁头不能进行写操作），读取磁头则采用新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读。这样，在设计时就可以针对两者的不同特性分别进行优化，以得到最好的读/写性能。另外，MR磁头是通过阻值变化而不是电流变化去感应信号幅度，因而对信号变化相当敏感，读取数据的准确性也相应提高。而且由于读取的信号幅度与磁道宽度无关，故磁道可以做得很窄，从而提高了盘片密度，达到200MB/英寸2，而使用传统的磁头只能达到20MB/英寸2，这也是MR磁头被广泛应用的最主要原因。MR磁头已得到广泛应用，而采用多层结构和磁阻效应更好的材料制作的GMR磁头（Giant Magnetoresistive heads）也逐渐普及。 磁道 当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。这些磁道用肉眼是根本看不到的，因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响，同时也为磁头的读写带来困难。一张1.44MB的3.5英寸软盘，一面有80个磁道，而硬盘上的磁道密度则远远大于此值，通常一面有成千上万个磁道。 磁盘表面涂有做为纪录使用的磁性介质，其在显微镜下呈现出来的便是一个个磁颗粒。微小的磁颗粒极性可以被磁头快速的改变，并且在改变之后可以稳定的保持，系统通过磁通量以及磁阻的变化来分辨二进制中的0或者1。也正是因为所有的操作均是在微观情况下进行，所以如果硬盘在高速运行的同时受到外力的震荡，将会有可能因为磁头拍击磁盘表面而造成不可挽回的数据损失。除此之外，磁颗粒的单轴异向性和体积会明显的磁颗粒的热稳定性，而热稳定性的高低则决定了磁颗粒状态的稳定性，也就是决定了所储存数据的正确性和稳定性。但是，磁颗粒的单轴异向性和体积也不能一味地提高，它们受限于磁头能提供的写入场以及介质信噪比的限制。 扇区 磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区，每个扇区可以存放512个字节的信息，磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时，要以扇区为单位。1.44MB3.5英寸的软盘，每个磁道分为18个扇区。 柱面 硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头，因此，盘面数等于总的磁头数。所谓硬盘的CHS，即Cylinder（柱面）、Head（磁头）、Sector（扇区），只要知道了硬盘的CHS的数目，即可确定硬盘的容量，硬盘的容量=柱面数×磁头数×扇区数×512B。^ [1]^ 使用方法 硬盘在工作的时候，千万不要强行关掉电源。在硬盘工作的时候关掉电源，会导致硬盘的物理损坏，而且也会丢失数据。还有，在硬盘中有高速运转的部件，如果一旦强行关机的话高速运转的碟片就会突然停止，而在关机后又马上开机的话，就更有可能造成硬盘的损坏。所以在关机后不要马上再次打开电脑。至少在半分钟以后再打开。 在硬盘工作的时候要尽量避免它的震荡，因为，磁头与磁片的距离非常近，如果遭到剧烈的震荡会导致磁头敲打磁片，有可能磁头会划伤磁片，也可能会导致磁头的彻底损坏，使整个硬盘无法使用。 在使用硬盘的过程当中，经常会有很多用户会在“磁盘空间管理”当中进行压缩。把硬盘用此程序进行压缩。这样会导致压缩卷文件不断增大。所队也随之减慢，读写次数增多，就会引起硬盘的发热量和稳定性产生影响。所以就会导致使用寿命的减少。所以，如果硬盘够用的话就没有必要使用这个程序了。 正确维护 硬盘是非常害怕灰尘的了。如果灰尘吸到了电路板上的话，就会导致硬盘工作不稳定，或者导致内部零件损坏。硬盘的功能工作状态与寿命和温度有很大的关系，温度过高或是过低都会导致晶体振荡器的时钟主频发生改变，会造成电路元件失灵，而如果温度过低时会导致，空气中水分凝结在元件上，导致短路的现象。 其次，定期整理硬盘。这样会提高硬盘速度。如果硬盘上的垃圾文件过多的话，速度会减慢，还有可能损坏磁道。但是，不要三天两头的清理，这样也会减少硬盘寿命的。 最后，就是防毒。病毒在硬盘的存储的文件是一个最大的威胁。所也我们发现病毒应该及时采取办法清除，尽量不要格式化硬盘。 注意事项 1、在工作时不能突然关机 硬盘当硬盘开始工作时，一般都处于高速旋转之中，如果我们中途突然关闭电源，可能会导致磁头与盘片猛烈磨擦而损坏硬盘，因此要避免突然关机。关机时一定要注意面板上的硬盘指示灯是否还在闪烁，只有在其指示灯停止闪烁、硬盘读写结束后方可关闭计算机的电源开关。 2、防止灰尘进入 灰尘对硬盘的损害是非常大的，这是因为在灰尘严重的环境下，硬盘很容易吸引空气中的灰尘颗粒，使其长期积累在硬盘的内部电路元器件上，会影响电子元器件的热量散发，使得电路元器件的温度上升，产生漏电或烧坏元件。 另外灰尘也可能吸收水分，腐蚀硬盘内部的电子线路，造成一些莫名其妙的问题，所以灰尘体积虽小，但对硬盘的危害不可低估。因此必须保持环境卫生，减少空气中的潮湿度和含尘量。切记：一般计算机用户不能自行拆开硬盘盖，否则空气中的灰尘进入硬盘内，在磁头进行读、写操作时划伤盘片或磁头。 3、要防止温度过高或过低 温度对硬盘的寿命也是有影响的。硬盘工作时会产生一定热量，使用中存在散热问题。温度以20～25℃为宜，过高或过低都会使晶体振荡器的时钟主频发生改变。温度还会造成硬盘电路元器件失灵，磁介质也会因热胀效应而造成记录错误。温度过低，空气中的水分会被凝结在集成电路元器件上，造成短路；湿度过高时，电子元器件表面可能会吸附一层水膜，氧化、腐蚀电子线路，以致接触不良，甚至短路，还会使磁介质的磁力发生变化，造成数据的读写错误；湿度过低，容易积累大量的因机器转动而产生的静电荷，从而烧坏CMOS电路，吸附灰尘而损坏磁头、划伤磁盘片。另外，尽量不要使硬盘靠近强磁场，如音箱、喇叭、电机、电台、手机等，以免硬盘所记录的数据因磁化而损坏。^ [2]^ 如何加快硬盘读写速度 软件方面^ [4]^ 1.设定虚拟内存 2.定期清理桌面图标 3.删除随机启动程序 4.定期彻底删除一些DLL程序 5.定期杀毒，清除病毒文件 硬件方面^ [4]^ 1.自行关闭硬盘DMA模式 2.断开不使用的网络驱动器 3.增大硬盘空间 4.正确设置网卡 故障原因 一、硬盘散热风扇 考虑到散热效果，很多人都为自己电脑硬盘安装上了硬盘散热风扇，但是一些低档的风扇，它的震动相当明显，可以把震动传递到硬盘上，长期以后，定会对硬盘寿命产生影响。 二、光驱 主流的光驱读盘速度已经达到了50倍速以上，当光盘在光驱中高速旋转时，光驱本身发出的震动会带动机箱的共振，从而影响到硬盘的工作。而且这种高速转动发热量也是很多的，光驱离硬盘又是如此近，从光驱中释放的热量定会使得硬盘的温度上升。 三、灰尘 灰尘对硬盘的损害是显而易见的，在沉积在硬盘的电路板的灰尘会严重影响电路板上芯片的热量散发，使得电路板上的元器件温度上升，进而导致芯片过热而烧毁。另外灰尘如果吸收了水分，是很容易造成电路短路的。 四、静电 在对电脑进行维修过程中，很多人都是用手拿硬盘，但是在干燥的天气中，人的手上可能会积累上万伏的静电，手上的静电可能会击穿电路板上的芯片，导致硬盘出现故障。 五、低级格式化 如果电脑硬盘出现了坏道，很多网友都采取低级格式化的措施，其实低格对硬盘的损坏的很大的，它可能会造成磁盘坏道的扩散，甚至会导致硬盘参数丢失，造成硬盘无法使用。 六、电源 一个低质量的电脑电源，会使硬盘受到电压波动的干扰，特别是硬盘在进行读写操作时，如果电脑的电源出现问题，几乎可以一瞬间让一块硬盘报废。 七、磁场 因为硬盘是一种依靠磁介质来记录数据的设备，如果受到外界环境的磁场干扰，很可能导致磁盘数据的丢失，所以应该尽量远离磁场环境。^ [3]^
固态硬盘 固态硬盘（Solid State Disk或Solid State Drive，简称SSD），又称固态驱动器，是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘。 目录 1.1 基本简介 2.2 分类 3.3 发展历程 4.4 基本结构 5.▪ 主控芯片 6.▪ 缓存颗粒 7.▪ 闪存芯片 8.5 对比传统硬盘 9.6 优点 10.7 缺点 11.8 使用与保养 12.9 相关资讯 基本简介 固态硬盘，因为台湾的英语里把固体电容称为Solid而得名。SSD由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。 固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上基本与普通硬盘一致（新兴的U.2，M.2等形式的固态硬盘尺寸和外形与SATA机械硬盘完全不同）。 被广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等诸多领域。 芯片的工作温度范围很大，商规产品（070℃）工规产品（-4085℃）。虽然成本较高，但是正在普及至DIY市场。 由于固态硬盘的技术与传统硬盘的技术不同，所以产生了不少新兴的存储器厂商。厂商只需购买NAND颗粒，再配适当的控制芯片，编写主控制器代码，就制造了固态硬盘。 新一代的固态硬盘普遍采用SATA-2接口、SATA-3接口、SAS接口、MSATA接口、PCI-E接口、M.2接口、CFast接口、SFF-8639接口和NVME/AHCI协议。^ [1]^
分类 分类方式： 固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存（FLASH芯片）作为存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质。最新还有英特尔的XPoint颗粒技术。 基于闪存的固态硬盘： 基于闪存的固态硬盘（IDEFLASH DISK、Serial ATA Flash Disk）：采用FLASH芯片作为存储介质，这也是通常所说的SSD。它的外观可以被制作成多种模样，例如：笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、U盘等样式。这种SSD固态硬盘最大的优点就是可以移动，而且数据保护不受电源控制，能适应于各种环境，适合于个人用户使用。寿命较长，根据不同的闪存介质有所不同。SLC闪存普遍达到上万次的PE，MLC可达到3000次以上，TLC也达到了1000次左右，最新的QLC也能确保300次的寿命，普通用户一年的写入量不超过硬盘的50倍总尺寸，即便最廉价的QLC闪存，也能提供6年的写入寿命。可靠性很高，高品质的家用固态硬盘可轻松达到普通家用机械硬盘十分之一的故障率。 基于DRAM类： 基于DRAM的固态硬盘：采用DRAM作为存储介质，应用范围较窄。它仿效传统硬盘的设计，可被绝大部分操作系统的文件系统工具进行卷设置和管理，并提供工业标准的PCI和FC接口用于连接主机或者服务器。应用方式可分为SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。它是一种高性能的存储器，理论上可以无限写入，美中不足的是需要独立电源来保护数据安全。DRAM固态硬盘属于比较非主流的设备。^ [1]^ 基于3D XPoint类 基于3D XPoint的固态硬盘：原理上接近DRAM，但是属于非易失存储。读取延时极低，可轻松达到现有固态硬盘的百分之一，并且有接近无限的存储寿命。缺点是密度相对NAND较低，成本极高，多用于发烧级台式机和数据中心。 发展历程 1956年，IBM公司发明了世界上第一块硬盘。 1968年，IBM重新提出“温彻斯特”（Winchester）技术的可行性，奠定了硬盘发展方向。 1970年，StorageTek公司(Sun StorageTek)开发了第一个固态硬盘驱动器。 1984年，东芝发明闪存。 1989年，世界上第一款固态硬盘出现。 2006年3月，三星率先发布一款32GB容量的固态硬盘笔记本电脑， 2007年1月，SanDisk公司发布了1.8寸32GB固态硬盘产品，3月又发布了2.5寸32GB型号。 2007年6月，东芝推出了其第一款120GB固态硬盘笔记本电脑。 2008年9月，忆正MemoRight SSD的正式发布，标志着中国企业加速进军固态硬盘行业。 2009年，SSD井喷式发展，各大厂商蜂拥而来，存储虚拟化正式走入新阶段。 2010年2月，镁光发布了全球首款SATA 6Gbps接口固态硬盘，突破了SATAII接口300MB/s的读写速度。 2010年底，瑞耐斯Renice推出全球第一款高性能mSATA固态硬盘并获取专利权。^ [1]^ 2013年，三星推出VNand 3D闪存。 2022年7月21日，三星电子宣布，公司成功研制出第二代智能固态硬盘（SmartSSD），今后将以此抢占未来市场。^ [9]^ 基本结构 基于闪存的固态硬盘是固态硬盘的主要类别，其内部构造十分简单，固态硬盘内主体其实就是一块PCB板，而这块PCB板上最基本的配件就是控制芯片，缓存芯片（部分低端硬盘无缓存芯片）和用于存储数据的闪存芯片。 主控芯片 市面上比较常见的固态硬盘有LSISandForce、Indilinx、JMicron、Marvell、Phison、Sandisk、Goldendisk、Samsung以及Intel等多种主控芯片。主控芯片是固态硬盘的大脑，其作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，二则是承担了整个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA接口。不同的主控之间能力相差非常大，在数据处理能力、算法，对闪存芯片的读取写入控制上会有非常大的不同，直接会导致固态硬盘产品在性能上差距高达数倍。 缓存颗粒 主控芯片旁边是缓存颗粒，固态硬盘和传统硬盘一样需要高速的缓存芯片辅助主控芯片进行数据处理。这里需要注意的是，有一些廉价固态硬盘方案为了节省成本，省去了这块缓存芯片，这样对于使用时的性能会有一定的影响，尤其是小文件的读写性能和使用寿命上。 闪存芯片 除了主控芯片和缓存芯片外，PCB板上其余大部分位置都是NAND Flash闪存芯片。 NAND Flash闪存芯片又分为SLC（Single-Level Cell，单层单元）^ [7] 、MLC（Multi-Level Cell，双层单元） [7] 、TLC（Trinary-Level Cell，三层单元） [7]^ 、QLC（Quad-Level Cell，四层单元）这四种规格。 另还有一种eMLC（Enterprise Multi-Level Cell，企业多层单元）是MLC NAND闪存的一个“增强型”的版本，它在一定程度上弥补了SLC和MLC之间的性能和耐久差距。^ [7]^ 对比传统硬盘 固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘几近相同，外形和尺寸也基本与普通的2.5英寸硬盘一致。 固态硬盘具有传统机械硬盘不具备的快速读写、质量轻、能耗低以及体积小等特点，同时其劣势也较为明显。尽管IDC认为SSD已经进入存储市场的主流行列，但其价格仍较为昂贵，容量较低，一旦硬件损坏，数据较难恢复等；并且亦有人认为固态硬盘的耐用性（寿命）相对较短。 影响固态硬盘性能的几个因素主要是：主控芯片、NAND闪存介质和固件。在上述条件相同的情况下，采用何种接口也可能会影响SSD的性能。 主流的接口是SATA（包括3Gb/s和6Gb/s两种）接口，亦有PCIe 3.0接口的SSD问世。 由于SSD与普通磁盘的设计及数据读写原理的不同，使得其内部的构造亦有很大的不同。一般而言，固态硬盘（SSD）的构造较为简单，并且也可拆开；所以我们通常看到的有关SSD性能评测的文章之中大多附有SSD的内部拆卸图。 而反观普通的机械磁盘，其数据读写是靠盘片的高速旋转所产生的气流来托起磁头，使得磁头无限接近盘片，而又不接触，并由步进电机来推动磁头进行换道数据读取。所以其内部构造相对较为复杂，也较为精密，一般情况下不允许拆卸。一旦人为拆卸，极有可能造成损害，磁盘无法正常工作。这也是为何在对磁盘进行评测时，我们基本看不到关于磁盘拆卸图的原因。^ [3]^ 优点 读写速度快： 采用闪存作为存储介质，读取速度相对机械硬盘更快。固态硬盘不用磁头，寻道时间几乎为0。持续写入的速度非常惊人，固态硬盘厂商大多会宣称自家的固态硬盘持续读写速度超过了500MB/s，近年来的NVMe固态硬盘可达到2000MB/s左右，甚至4000MB/s以上。固态硬盘的快绝不仅仅体现于持续读写上，随机读写速度快才是固态硬盘的终极奥义，这最直接体现于绝大部分的日常操作中。与之相关的还有极低的存取时间，最常见的7200转机械硬盘的寻道时间一般为12-14毫秒，而固态硬盘可以轻易达到0.1毫秒甚至更低。^ [4]^ 防震抗摔性 ：传统硬盘都是磁碟型的，数据储存在磁碟扇区里。而固态硬盘是使用闪存颗粒（即MP3、U盘等存储介质）制作而成，所以SSD固态硬盘内部不存在任何机械部件，这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在发生碰撞和震荡时能够将数据丢失的可能性降到最小。相较传统硬盘，固态硬盘占有绝对优势。^ [4]^ 低功耗：固态硬盘的功耗上要低于传统硬盘。 无噪音： 固态硬盘没有机械马达和风扇，工作时噪音值为0分贝。基于闪存的固态硬盘在工作状态下能耗和发热量较低（但高端或大容量产品能耗会较高）。内部不存在任何机械活动部件，不会发生机械故障，也不怕碰撞、冲击、振动。由于固态硬盘采用无机械部件的闪存芯片，所以具有了发热量小、散热快等特点。^ [4]^ 工作温度范围大： 典型的硬盘驱动器只能在5到55摄氏度范围内工作。而大多数固态硬盘可在-1070摄氏度工作。固态硬盘比同容量机械硬盘体积小、重量轻。固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的相同，在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致。其芯片的工作温度范围很宽（-4085摄氏度）。 轻便： 固态硬盘在重量方面更轻，与常规1.8英寸硬盘相比，重量轻20-30克。 缺点 容量： 随着MLC、TLC、QLC乃至未来的PLC等多阶存储单元的发展，固态硬盘容量正在迅速增长。截止2021年1月世界上容量最大的固态硬盘是Nimbus Data 推出的 ExaDrive DC100 系列固态硬盘，容量可达100TB。^ [5]^ 寿命限制： 固态硬盘闪存具有擦写次数限制的问题，这也是许多人诟病其寿命短的所在。闪存完全擦写一次叫做1次P/E，因此闪存的寿命就以P/E作单位。34nm的闪存芯片寿命约是5000次P/E，而25nm的寿命约是3000次P/E。随着SSD固件算法的提升，新款SSD都能提供更少的不必要写入量。一款120G的固态硬盘，要写入120G的文件才算做一次P/E。普通用户正常使用，即使每天写入50G，平均2天完成一次P/E，3000个P/E能用20年，到那时候，固态硬盘早就被替换成更先进的设备了(在实际使用中，用户更多的操作是随机写，而不是连续写，所以在使用寿命内，出现坏道的机率会更高)。另外，虽然固态硬盘的每个扇区可以重复擦写100000次(SLC)，但某些应用，如操作系统的LOG记录等，可能会对某一扇区进行多次反复读写，而这种情况下，固态硬盘的实际寿命还未经考验。不过通过均衡算法对存储单元的管理，其预期寿命会延长。SLC有10万次的写入寿命，成本较低的MLC，写入寿命仅有1万次,而廉价的TLC闪存则更是只有1000-2000次。此外，使用全盘模拟SLC提升写入速度的多阶存储固态会面临写入放大问题，进一步缩短寿命。 售价高 ：截止2021年1月市场上采用TLC存储单元的256GB固态硬盘价格大约为240元人民币左右（采用SATA接口 TLC颗粒），而1TB固态硬盘产品的价格大约在650元人民币左右（NVMe接口 TLC颗粒）。计算下来每GB大约0.6-1元。相比每GB仅为0.2元的机械硬盘高了不少。 使用与保养 对于固态硬盘的使用和保养，最重要的一条就是：在机械硬盘时代养成的“良好习惯”，未必适合固态硬盘。 一、不要使用碎片整理 碎片整理是对付机械硬盘变慢的一个好方法，但对于固态硬盘来说这完全就是一种“折磨”。 消费级固态硬盘的擦写次数是有限制，碎片整理会大大减少固态硬盘的使用寿命。其实，固态硬盘的垃圾回收机制就已经是一种很好的“磁盘整理”，再多的整理完全没必要。Windows的“磁盘整理”功能是机械硬盘时代的产物，并不适用于SSD。 除此之外，使用固态硬盘最好禁用Win7的预读(Superfetch)和快速搜索(Windows Search)功能。这两个功能的实用意义不大，而禁用可以降低硬盘读写频率。（在Windows 10中，这一项优化不需要） 二、小分区 少分区 还是由于固态硬盘的“垃圾回收机制”。在固态硬盘上彻底删除文件，是将无效数据所在的整个区域摧毁，过程是这样的：先把区域内有效数据集中起来，转移到空闲的位置，然后把“问题区域”整个清除。 这一机制意味着，分区时不要把SSD的容量都分满。例如一块128G的固态硬盘，厂商一般会标称120G，预留了一部分空间。但如果在分区的时候只分100G，留出更多空间，固态硬盘的性能表现会更好。这些保留空间会被自动用于固态硬盘内部的优化操作，如磨损平衡、垃圾回收和坏块映射。这种做法被称之为“小分区”。 “少分区”则是另外一种概念，关系到“4k对齐”对固态硬盘的影响。一方面主流SSD容量都不是很大，分区越多意味着浪费的空间越多，另一方面分区太多容易导致分区错位，在分区边界的磁盘区域性能可能受到影响。最简单地保持“4k对齐”的方法就是用Win7自带的分区工具进行分区，这样能保证分出来的区域都是4K对齐的。 三、保留足够剩余空间 固态硬盘存储越多性能越慢。而如果某个分区长期处于使用量超过90%的状态，有些固态硬盘崩溃的可能性将大大增加，绝大部分硬盘也会出现性能降低的现象。 所以及时清理无用的文件，设置合适的虚拟内存大小，将电影音乐等大文件存放到机械硬盘非常重要，必须让固态硬盘分区保留足够的剩余空间。 四、及时刷新固件 “固件”好比主板上的BIOS，控制固态硬盘一切内部操作，不仅直接影响固态硬盘的性能、稳定性，也会影响到寿命。优秀的固件包含先进的算法能减少固态硬盘不必要的写入，从而减少闪存芯片的磨损，维持性能的同时也延长了固态硬盘的寿命。因此及时更新官方发布的最新固件显得十分重要。不仅能提升性能和稳定性，还可以修复之前出现的bug。 五、学会使用恢复指令 固态硬盘的Trim重置指令可以把性能完全恢复到出厂状态。^ [6]^ 随着互联网的飞速发展，人们对数据信息的存储需求也在不断提升，多家存储厂商推出了自己的便携式固态硬盘，更有支持Type-C接口的移动固态硬盘和支持指纹识别的固态硬盘推出。 |
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