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玩機社科普|第5期:硬盤基礎知識科普

 昵稱23026938 2021-02-22
引言

做這個系列文章,不能讓“小白”一夜之間變成“大神”,但能讓大家對于你所在使用的數碼產品有一個基礎的認識,選購的時候能更好地閱讀我們的推薦,也不用擔心被奸商忽悠。

適用人群

之前也聽不少朋友反映,看我們的推薦帖,有一些詞匯和術語看不太明白,因此這個「玩機社科普」主要針對的就是這類人群。我們會用盡量淺顯易懂的語言,去闡述電腦和數碼產品中常見的參數;一些比較復雜的,與日常使用關系不同的參數,我們就不會在這個系列的文章里細講了。

今天來講講硬盤。

一、硬盤是做什么的?

硬盤是電腦最主要的儲存設備,屬于外部存儲器。電腦硬盤有兩種,一種是機械硬盤,一種是固態(tài)硬盤,它們工作原理不同,但是功能是一樣的。

硬盤簡介:

硬盤相當于電腦“倉庫“,軟件運行的時候,先把數據調入內存,經過CPU一系列運算處理之后,再輸出文件到硬盤中。

硬盤是一種永久性的存儲介質,斷電之后硬盤里的所有數據都不會被清空。

盡管CPU與軟件的數據交換是通過內存來完成,但是在調入內存的過程中,硬盤的讀寫速度同樣影響使用體驗,因此選一塊好的硬盤非常重要;不僅如此,硬盤往往存放個人的重要資料,硬盤有價,資料無價,選一塊靠譜的硬盤,更是我們買電腦時需要注意的一件事情。

二、機械硬盤

機械硬盤依然是目前電腦大容量存儲的首選,價格比起固態(tài)硬盤更低,是不少人為小姐姐們挑選的”大別墅“。

機械硬盤簡介(摘自百度百科)

機械硬盤(英文名:Hard Disk Drive, 簡稱HDD )由一個或者多個鋁制或者玻璃制的碟片組成,這些碟片外覆蓋有磁性材料,在平整的磁性表面存儲和檢索數字數據。

使用時,硬盤高速旋轉,磁頭定位在盤片的指定位置上進行數據的讀寫操作。數據通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,可以通過相反的方式讀取。

機械硬盤的選購相對來說比較簡單,只需要留意以下幾個參數即可。

1
尺寸

現在采用SATA接口的機械硬盤有兩種尺寸,一種是3.5寸,一種是2.5寸的:

▲3.5寸和2.5寸機械硬盤大小對比

大多數臺式機機箱都能容納3.5寸機械硬盤,有專門的機械硬盤位置可以放;2.5寸機械硬盤主要用于筆記本電腦和小機箱,裝機的時候要留意機箱是否有3.5寸硬盤位,以及位置是否與風扇位沖突(尤其是小機箱用戶)。

2
疊瓦式和垂直式硬盤

可能之前看過我們推薦的朋友就知道,我們建議選擇“垂直式”的硬盤?!隘B瓦式“和”垂直式“是目前兩種機械硬盤磁記錄技術。

(1)垂直式

簡稱PMR,磁道之間不重疊,隨機讀寫更快,壽命長。

(2)疊瓦式

簡稱SMR,是硬盤廠商為了提高機械硬盤容量而研發(fā)的一種新技術:

▲疊瓦式硬盤原理圖

你可以把疊瓦式硬盤的磁道想象成屋頂的瓦片,就像這樣:

▲瓦片之間相互疊加,相同的面積下能排列更多的瓦片

磁道之間會存在間隙,間隙越小磁盤所容納的信息也就越多,疊瓦式設計能縮小磁道之間的間隙,提升單個碟片的容量。

疊瓦式硬盤磁道間隙較小,而磁頭體積較大,寫入的時候會影響別的磁道,因此需要先取出后一條磁道的數據,暫時放入緩存中,完成寫入后再把緩存內的數據放回后一條磁道中。

▲硬盤磁頭

因此,一次寫入操作需要磁頭寫入兩次數據,磁頭壽命會因此受到影響,也降低了硬盤的讀寫速度。

疊瓦式硬盤的debuff主要表現在頻繁擦寫硬盤數據,或者碎片化文件寫入的時候,可能出現速度緩慢,甚至出現突發(fā)性的掉速現象。

因此,疊瓦式硬盤不適合用來存放游戲,因為在游戲運行中會有大量的小文件讀寫;而如果主要存儲視頻、音樂等文件,疊瓦式硬盤也可以用。

(3)如何判斷垂直式和疊瓦式硬盤?

不得不說,現在主流的1TB機械硬盤都開始用疊瓦式了,垂直式的硬盤越來越少。判斷垂直和疊瓦,最簡單最直接的方式就是從緩存來判斷。

上文提到,疊瓦式硬盤在寫入時需要把數據暫時存入緩存,所以大容量機械硬盤需要更大的緩存,而垂直式硬盤不需要。

▲通過緩存區(qū)分兩種硬盤

除此之外,還可以通過搜索引擎搜索,輸入“硬盤型號+疊瓦式”看看大家的評論,也可以了解是不是疊瓦式。

附表:常見垂直式硬盤整理

本表整理了市面上主流容量(1TB-4TB)的垂直式硬盤,供大家選購的時候參考。

上表列舉的硬盤我個人都有考證過,都是垂直式的!隨著產品迭代,可能有的系列會換成疊瓦式,因此大家一定要輸入完整的硬盤型號進行搜索。

希捷的酷魚是家用盤,酷狼是NAS盤,酷鷹是監(jiān)控盤;

西部數據的藍盤是家用盤,紅盤是NAS盤,紫盤是監(jiān)控盤;

東芝P300是家用盤,有專門的監(jiān)控盤系列

因此,主流價位1-3TB推薦買東芝P300,4TB買藍盤,NAS盤用作家用盤價格太高了,監(jiān)控盤速度偏慢。

3
轉速

硬盤轉速(RPM)是硬盤內電機主軸的旋轉速度,也就是硬盤盤片在一分鐘內所能完成的最大轉數。硬盤的轉速越快,硬盤尋找文件的速度也就越快,相對的硬盤的傳輸速度也就得到了提高。

主流家用3.5寸機械硬盤基本是5400/7200轉的,現在大家都用固態(tài)硬盤做系統盤,因此機械硬盤的轉速快慢不是太重要了。

4
緩存

緩存是硬盤控制器上的一塊內存芯片。硬盤存取零碎數據時,需要不斷地在硬盤與內存之間交換數據,可以將零碎數據暫存在緩存中,緩存讀寫速度極快,能提高數據的傳輸速度。

一般來說緩存當然越大越好,但是由于疊瓦盤的存在,大緩存并不代表更好的性能,一些高端垂直盤(比如西數黑盤),就是垂直式搭配大緩存,能提升硬盤讀寫性能。

5
補充推薦:大容量機械硬盤

機械硬盤的推薦大體上就是上面的垂直式硬盤型號。最后補充推薦幾款超大容量(8TB以上)的型號吧,滿足有存放大型單機游戲或者各類多媒體素材文件需求的朋友。

8TB以上建議買企業(yè)級硬盤,保修更長,而且產品也更靠譜。

三、固態(tài)硬盤

在2021年的今天,固態(tài)硬盤早已普及,我想再也沒必要討論“我的電腦要不要上固態(tài)”這樣的問題了。

固態(tài)硬盤簡介(摘自百度百科)

固態(tài)硬盤(英文名:Solid State Drive,簡稱SSD),是用固態(tài)電子存儲芯片陣列制成的硬盤。

固態(tài)硬盤由主控芯片、閃存芯片和緩存(不一定有)組成。

相比機械硬盤,固態(tài)硬盤主要有以下幾點優(yōu)勢:

(1)讀寫速度快:固態(tài)硬盤不用磁頭,無論是順序讀寫還是隨機讀寫相比機械硬盤都有極大的提升,隨機讀寫提升更是明顯;

(2)體積小,重量輕

(3)耐震抗摔:固態(tài)硬盤沒有機械結構,不容易摔壞

(4)工作溫度范圍更大

但是也有以下幾點不足:

(1)數據恢復難度大:一旦固態(tài)硬盤損壞,里面的數據很難找回,因此重要的數據一般建議要多備份;

(2)同等容量價格比機械硬盤高不少

(3)壽命短:固態(tài)硬盤閃存顆粒存在擦寫次數的限制

不管如何,固態(tài)硬盤已經成為電腦的標配,提升的絕不僅僅是開機時間!

固態(tài)硬盤當系統盤,電腦整體運行的速度會上升不少,刷網頁用QQ微信都會更快;游戲放在固態(tài)硬盤里面,加載速度也會明顯提升;對于工作電腦用戶,素材存放在固態(tài)硬盤中,Pr等軟件拉取速度也會加快。

可以說,現在固態(tài)硬盤可以讓你感受到“絲滑”的使用體驗,對于老電腦來說,加裝固態(tài)硬盤之后,日常使用的提升要比升級CPU,內存條和顯卡來得要大。

下面講講固態(tài)硬盤選購的時候需要注意的點。

1
接口

目前市面上存在著幾種不同接口,不同傳輸協議的固態(tài)硬盤,下表為大家集中梳理。

目前最主流的就是M.2 NVMe固態(tài)硬盤,老電腦沒有M.2接口,一般用SATA3接口的固態(tài)硬盤進行升級。

注意??:M.2只是接口,M.2接口也有SATA協議的,不是說M.2就一定是“高速固態(tài)”!

2
顆粒

目前固態(tài)硬盤有SLC、MLC、TLC、QLC這幾種顆粒,這幾種顆粒的區(qū)別主要在于存儲數據的密度。

SLC即(Single-Level Cell),翻譯成中文就是“單階儲存單元”,閃存顆粒通過電壓變化儲存數據,SLC顆粒每個儲存單元內存儲1個信息位。

以此類推,MLC、TLC、QLC對應每個存儲單位存儲2、3、4個信息位。存儲信息位越多,存儲密度越大,單顆粒的容量也就越大。

但是,存儲信息位越多,顆粒的電荷變化就越復雜,QLC甚至用有16種電荷變化。

電荷變化越多,需要的電壓檔位就越多,精度要求也更高,無論讀寫速度都會減慢。想象一下你在一個圖書館里找書,同一個閱覽室里書架越多,要找到你想要的那本書是不是更加困難了?

因此速度和壽命都是SLC>MLC>TLC>QLC

那么問題來了,SLC那么好,為什么現在固態(tài)基本都是TLC?因為要平衡成本和容量,消費者要便宜大容量的固態(tài),TLC是最佳的選擇。未來隨著技術進一步成熟,相信還會有PLC(5bit)甚至HLC(6bit)的顆粒出現。

3
主控

主控芯片簡介(摘自百度百科)

主控芯片是固態(tài)硬盤的“大腦”,其作用一是合理調配數據在各個閃存芯片上的負荷,二則是承擔了整個數據中轉,連接閃存芯片和外部接口。

不同的主控之間在數據處理能力、算法,對閃存芯片的讀取寫入控制上會有非常大的不同,直接會導致不同固態(tài)硬盤在性能上會有比較大的差距。

從作用來看,主控芯片相當于電腦的CPU。我們說選固態(tài),很多時候是選主控,好的固態(tài)一般有一顆強大的主控。目前常見的主控芯片品牌有以下幾個:

大品牌的主控相對靠譜,配套的固件(也就是驅動)也更加完善,因此我們的推薦以大品牌為主,也有驅動的因素。

4
緩存

我們一般說的固態(tài)硬盤的”緩存“可能會有兩種——DRAM緩存和SLC緩存。這兩種緩存不是一回事,就讓我們一個個看吧。

(1)DRAM緩存

DRAM緩存是固態(tài)硬盤上單獨的外部緩存顆粒,其作用主要是提升固態(tài)硬盤的隨機讀取性能。

▲致鈦PC005 Active的南亞科技緩存顆粒

和機械硬盤的緩存不一樣,固態(tài)硬盤的DRAM緩存不是直接存取數據,而是一種叫“FTL”的閃存映射表,表達閃存單元物理地址同文件系統邏輯地址之間的關系。

打個比方,固態(tài)硬盤里面儲存了很多人,緩存放的則是地址,找人的時候直接找緩存里的地址,速度更快(緩存速度比閃存顆??欤?;沒有緩存的固態(tài),地址則主要存儲在閃存顆粒中。

由于現在顆粒性能提升,再加上一些主控有HMB(內存緩沖技術)功能:

▲鎧俠RC10采用HMB技術

有了這項技術,固態(tài)可以“借用”內存當緩存,本身就不需要外掛緩存了,節(jié)省了成本。

(2)SLC緩存

前文提到過,SLC、MLC、TLC顆粒的區(qū)別并不是顆粒本身,而是充電方式的區(qū)別。因此一塊TLC顆粒固態(tài)硬盤,是可以劃分一塊區(qū)域以SLC模式運行的,就是我們所說的“SLC緩存”。

▲擁有250GB SLC緩存的西部數據SN850 1TB

有了這塊緩存之后,用戶寫入數據時,優(yōu)先放入SLC緩存區(qū)域,當緩存耗盡時,才動用TLC區(qū)域。

打個比方,某倉庫有三層樓,貨物放一樓最方便,放二樓和三樓都比較麻煩,某天來了很多很多的貨物,一樓放滿了,不得已存放到二三樓,所以后期存入倉庫的速度明顯減慢了,就像這樣:

▲致鈦PC005 Active讀寫測試

看紅框處,寫入5G數據之后,寫入速度暴跌,因此可以判斷這塊固態(tài)的SLC緩存大約有5GB大小。

因此,之所以現在很多固態(tài)都有動輒3000MB/s以上的寫入速度,很大程度時SLC緩存的功勞,緩外速度才是這塊固態(tài)的真正速度。做固態(tài)硬盤評測,一般都需要測試緩外速度。

不過一般用戶很少有連續(xù)大文件寫入的需求,因此廠商預留的SLC緩存空間完全足夠了,高端固態(tài)的SLC緩存更大,緩外速度往往也更強。

5
固態(tài)硬盤推薦

最后推薦一些固態(tài)硬盤,也是配置單中常見的型號。

主流裝機RC10和SN550最適合了,SN550還有便宜的1TB版本可以選擇;需要頂級性能的固態(tài)就上980PRO或者SN850。

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