最全的機械硬盤和固態硬盤知識

時間 2020-01-09

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機械硬盤和固態硬盤

硬盤分類

硬盤分爲固態硬盤（SSD）和機械硬盤（HDD）；
SSD採用閃存顆粒來存儲，HDD採用磁性碟片來存儲。html

固態硬盤對比機械硬盤

一、防震抗摔性：目前的機械硬盤都是磁碟型的，數據儲存在磁碟扇區裏。而固態硬盤是使用閃存顆粒（即目前內存、MP三、U 盤等存儲介質）製做而成，因此 SSD 固態硬盤內部不存在任何機械部件，這樣即便在高速移動甚至伴隨翻轉傾斜的狀況下也不會影響到正常使用，並且在發生碰撞和震盪時可以將數據丟失的可能性降到最小。相較機械硬盤，固硬佔有絕對優點。
二、數據存儲速度：從 PConline 評測室的評測數據來看，固態硬盤相對機械硬盤性能提高 2 倍多。
三、功耗：固態硬盤的功耗上也要高於機械硬盤。
四、重量：固態硬盤在重量方面更輕，與常規 1.8 英寸硬盤相比，重量輕 20-30 克。
五、噪音：因爲固硬屬於無機械部件及閃存芯片，因此具備了發熱量小、散熱快等特色，並且沒有機械馬達和風扇，工做噪音值爲 0 分貝。機械硬盤就要遜色不少。
六、價格：目前市場上 80G Intel 固態硬盤，價格爲 4000 元左右。而這個價錢足夠買幾個容量爲 1TB 的機械硬盤了。
七、容量：固態硬盤目前最大容量僅爲 256G(目前 IBM 公司已經開始測試容量爲 4TB 的高速固態硬盤組)，和機械硬盤最大按 TB 容量衡量相比差距很大。
八、使用壽命：SLC 只有 10 萬次的讀寫壽命，成本低廉的 MLC，讀寫壽命僅有 1 萬次；比起機械硬盤毫無優點可言。git

機械硬盤

便是傳統普通硬盤，主要由：盤片，磁頭，盤片轉軸及控制電機，磁頭控制器，數據轉換器，接口，緩存等幾個部分組成。
算法

機械硬盤，英文名Hard Disk Drive，是電腦上使用堅硬的旋轉盤片爲基礎的非揮發性存儲設備，它在平整的磁性表面存儲和檢索數字數據，信息經過離磁性表面很近的磁頭，由電磁流來改變極性方式被電磁流寫到磁盤上，同時信息能夠經過相反的方式讀取，例如讀頭通過紀錄數據的上方時磁場致使線圈中電氣信號的改變。緩存

其讀寫是採用隨機存取的方式，所以能夠以任意順序讀取硬盤中的數據。機械硬盤內部包括一至數片高速轉動的磁盤以及放在執行器懸臂上的磁頭。根據其實現原理，咱們不難發現現代機械硬盤的工做方式就如同其名稱通常，是經過機械方式來實現，即電動馬達驅動盤片高速旋轉，再輔以磁頭的操做來存取數據。服務器

機械硬盤外部插口：

SATA數據線插口：與主板鏈接，用來傳輸數據。架構

SATA分別有SATA 1.5Gbit/s、SATA 3Gbit/s和SATA 6Gbit/s三種規格傳輸速率也不一樣。ide

SATA供電插口：與電源鏈接，用來給硬盤供電。臺式機硬盤5V/12V,筆記本硬盤5V
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機械硬盤的常見故障：

上圖咱們能夠看到，只要硬盤內進入任何灰塵，都會致使磁頭損壞，盤片劃傷，因此爲何硬盤內部是半真空狀態，當咱們硬盤須要開盤作數據恢復的時候，也須要無塵的工做室。咱們在硬盤工做時忽然斷電，震動，跌落，磕碰，就容易致使在盤片上讀取和工做的磁頭晃動，而後劃傷磁盤，或者磁頭損壞。性能

電源質量差也是硬盤的一大殺手，因爲電源輸出不穩定，會影響硬盤工做時磁頭的異常抖動，從而致使磁頭與盤片的接觸面發生摩擦和碰撞。加速硬盤老化，增長故障率。測試

因此機械硬盤的使用壽命，與正常的保養和使用，有很大的關係，雖然機械硬盤存在老化現象，但只要不是高強度運行下，普通消費者的機械硬盤保養得當，基本都能達到7-10年以上的壽命。

常見普通機械硬盤型號：

咱們以WD爲例。紅盤，紫盤，藍盤，黑盤，金盤，大體的工做和製造原理基本相同。

只是在廠商製造的時候，加入了一些特殊工藝和運行特色，讓某一種型號的硬盤更適合某些特殊的工做環境要求，好比常見的WD藍盤，就是咱們平常使用常見硬盤，特色就是性能，價格，耐久性方面找到一個均衡。WD黑盤，屬於高性能硬盤。紫盤應用於監控。金盤應用於企業等等。你們按照實際需求採購就能夠。

機械硬盤的主要製造商

希捷Seagate 西部數據Western Digital 東芝Toshiba 日立HITACHI

而IBM我的硬盤部門在2003年被日立收購，邁拓2006年被希捷收購，富士通2009年被東芝收購，日立2011年被西部數據收購更名HGST，三星2013年被希捷收購
在服務器硬盤上你們或許還能看到DELL，Lenovo，HP等廠商標識的服務器硬盤，基本也是上面4家硬盤廠商代工

固態硬盤

固態硬盤（Solid State Disk或Solid State Drive），也稱做電子硬盤或者固態電子盤，是由控制單元和固態存儲單元（DRAM或FLASH芯片）組成的硬盤。

固態硬盤分易失性與非易失性兩種，這裏咱們着重研究更適合做爲傳統硬盤替代品的非易失性固態硬盤。非易失性固態硬盤中數據的存取主要由NAND Flash及其主控芯片來實現，沒有活動的機械部件，爲純芯片結構。

固態硬盤的接口規範和定義、功能及使用方法上與機械硬盤的相同，在產品外形和尺寸上也與機械硬盤一致。

因爲固態硬盤沒有機械硬盤的旋轉介質，於是抗震性極佳。其芯片的工做溫度範圍很寬（-40~85攝氏度）

SSD發展歷程

SSD發展主要圍繞顆粒類型、容量大小、封裝緩存技術等進行。

SSD內部結構：主控芯片、閃存芯片、固件算法

主控

SSD主控本質是一顆處理器，相似於電腦CPU，主要基於ARM架構，也有部分SSD廠家的主控採用RISC架構，使其具有CPU級別的運算能力。

其具體做用表如今：一是合理調配數據在各個閃存芯片上的負荷，讓全部的閃存顆粒都可以在必定負荷下正常工做，協調和維護不一樣區塊顆粒的協做，
二是承擔了整個數據中轉，鏈接閃存芯片和外部SATA接口，三是負責固態硬盤內部各項指令的完成，諸如trim、CG回收、磨損均衡。

一款主控芯片的好壞直接決定了固態硬盤的實際體驗和使用壽命。主控芯片的技術門檻較高，因此主控品牌比較少，目前主流主控品牌有慧榮、羣聯、Marvell、三星。

慧榮/羣聯：慧榮和羣聯是兩家臺灣主控公司，其主控成本低廉，受到不少國產SSD的歡迎，涉及廠家包括但不限於：浦科特、七彩虹、影馳、臺電、光威、銘瑄等。
Marvell主控： Marvell隸屬於高端系列，早期產品只用於企業級，如今應用在浦科特、閃迪、英睿達固態硬盤中。技術實力雄厚，主控質量穩定，可是相應的固態硬盤的價格也比較昂貴。
三星主控：三星主控只用在自家的SSD產品中，技術實力強悍。能夠這麼說，在SATA接口SSD中，三星860PRO讀寫速度最快，在NVMe固態硬盤中，三星960PRO讀寫速度最快。
瑞昱主控：一樣是臺系品牌，是一家新晉主控品牌，七彩虹部分SSD採用瑞昱主控方案。

固件算法

SSD固件是確保SSD性能的很是重要的一部分，主要用於驅動控制器。固件冗餘存儲至NAND閃存中，主控使用固件算法中的控制程序，去執行自動信號處理，耗損平衡，錯誤校訂碼(ECC)，壞塊管理、垃圾回收算法、與主機設備(如電腦)通訊，以及執行數據加密等任務。當SSD製造商發佈一個固件更新時，須要手動更新固件來改進和擴大SSD的功能。

一款固態硬盤中顆粒對性能的影響約爲60%，而固件的影響就會佔到20%以上。高品質算法優秀的固件不只僅是一項很是艱難的工做，並且也須要讓閃存和主控之間達到完美的兼容，須要掌握閃存顆粒和主控等多項先進的技術。固件的品質越好，整個SSD的品質也就越出色。

可以獨立開發固件的SSD廠商少，僅有三星、Intel、閃迪、英睿達、浦科特、東芝等，這是大廠帶來的技術優點。

NAND閃存顆粒

閃存顆粒有不少不一樣的變種，固態硬盤最爲經常使用的是NAND閃存顆粒。
NAND閃存分類（根據電子單元密度大小劃分）：

SLC（單層次存儲單元）

MLC（雙層存儲單元）、

TLC(三層存儲單元)

QLC（四階存儲單元）

經過對閃存內最小的物理存儲單元的電位劃分不一樣的階數，能夠在一個存儲單元內存儲一至多個二進制位數。
即SLC一個單元只有兩種狀態（0或1）儲存一位信息；
MLC中一個單元有四種狀態（00/01/10/11）儲存兩位信息。
每一個存儲單元存儲的二進制位數越多，壽命越短。（電壓閾值較低可靠性差）