硬盘基础知识全解析：从机械硬盘到固态硬盘的存储技术

hwyzw

    硬盘：存储数据的仓库

    一、简介

    在数字时代，数据存储已经成为我们生活中不可或缺的一部分。我们的电脑设备都有一个重要的存储部件，那就是硬盘。本文将详细介绍硬盘的基本概念、分类、应用等，帮助您领略硬盘的魅力。

    2. 定义

    硬盘驱动器 (HDD) 是一种基于磁原理的存储设备。它由一个或多个涂有磁性介质的旋转盘组成。硬盘通过改变盘片上磁性粒子的极性方向来存储数据，读取时通过感测这些磁性粒子的极性方向来恢复数据。

    3. 分类

    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，由多个磁盘和读写头组成。每个磁盘分为磁道，每个磁道又分为扇区。当需要存储数据时，硬盘的读写头在盘片上移动，将数据写入相应的扇区。由于机械硬盘的运行机制，其读写速度和寻道时间存在一定的延迟。

    固态硬盘：

    固态硬盘（SSD）与传统的机械硬盘不同，它没有机械运动部件，而是通过闪存芯片存储数据。固态硬盘具有读写速度快、功耗低、抗震等优点，但价格较贵。

    混合硬盘：混合硬盘（HHD）结合了机械硬盘和固态硬盘的优点。它采用传统的机械硬盘作为存储介质，并配备小容量闪存芯片作为缓存。混合硬盘在读取频繁的应用场景中表现更好，性价比较高。

    4. 申请

    硬盘广泛应用于电脑、手机、平板电脑等各种电子设备中作为主要的数据存储设备。此外，硬盘在视频监控、医疗影像、企业级存储等领域也发挥着重要作用。随着大数据、云计算等技术的发展，硬盘的需求量逐年增加，其在信息社会中的地位越来越重要。

    5. 结论

    硬盘是现代社会数据存储的重要组成部分。它以可靠的存储容量和低廉的价格满足了人们对数据存储的需求。无论是机械硬盘、固态硬盘还是混合硬盘，它们都在各自的领域发挥着重要的作用。随着科技的不断进步，我们期待更加高效、安全、环保的存储技术的出现，推动人类社会向更高的信息技术领域迈进。

    参考：

    ，J.（2010）。 “该在”。圣人。

    播威，D.，&，M.（2011）。 “到云”。奥媒体。

    “硬盘”。 （2019）。在和，第三。 IGI。

    百度百科介绍（机械硬盘和固态硬盘）

    %E7%94%B5%E8%84%91%E7%A1%AC%E7%9B%98/?=&=

    %E5%9B%BA%E6%80%81%E7%A1%AC%E7%9B%98/?=ssd&=5906

    计算机硬盘是计算机的主要存储设备。硬盘（香港和台湾地区称为硬盘，英文名称：Hard Disk Drive，简称HDD，全称温彻斯特硬盘）是由一张或多张铝制或玻璃圆盘组成。这些圆盘上覆盖着铁磁材料。

    绝大多数硬盘驱动器都是固定硬盘驱动器，永久密封并固定在硬盘驱动器内。早期的硬盘驱动器存储介质是可更换的，但今天典型的硬盘驱动器是密封在硬盘驱动器内的固定存储介质（除了用于平衡气压的过滤孔）。随着发展，移动硬盘也出现了，并且越来越流行，种类也越来越多。大多数微型计算机上安装的硬盘被称为“温彻斯特”技术，因为它们都采用了温彻斯特（）技术。 “斯特硬盘”，或简称“热驱动器”。

    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 失败原因

    技术参数

    1. 容量

    硬盘作为计算机系统的数据存储，容量是最重要的参数。

    硬盘驱动器的容量以兆字节 (MB)、千兆字节 (GB) 或太字节 (TB) 为单位，1GB=、1TB=。但硬盘厂家在标称硬盘容量时通常采用1GB=，所以我们在BIOS中或者格式化硬盘时看到的容量会小于厂家标称值。

    硬盘的容量指标还包括硬盘的单盘容量。所谓单盘容量是指单个硬盘盘片的容量。单盘容量越大，单位成本越低，平均访问时间越短。对于用户来说，硬盘的容量就像内存一样。它永远不会太少或太多。除了操作更加简单之外，操作系统还带来了文件大小和数量的不断增加。一些应用程序很容易消耗数百兆的硬盘空间，并且有持续增加的趋势。因此，购买硬盘时适当提前是明智之举。近两年主流硬盘是320G和500G，750G以上的大容量硬盘也开始流行。 2007年，1TB大容量硬盘开始出现。

    2. 速度

    电脑硬盘

    转速（Speed或速度）是硬盘中电机主轴的旋转速度，是硬盘盘片在一分钟内可以完成的最大转数。转速是表明硬盘档次的重要参数之一。它是决定硬盘内部传输速率的关键因素之一，在很大程度上直接影响硬盘的速度。硬盘旋转的速度越快，硬盘搜索文件的速度就越快，硬盘的相对传输速度也随之提高。硬盘转速以每分钟转数表示，单位为RPM。 RPM是Per的缩写，即每分钟转数。 RPM值越大，内部传输速率越快，存取时间越短，硬盘的整体性能越好。

    硬盘的主轴电机带动盘片高速旋转，产生浮力使磁头漂浮在盘片上方。将要访问的数据扇区带到磁头下方，旋转速度越快，等待时间越短。因此，转速在很大程度上决定了硬盘的读取速度。

    家用普通硬盘一般有几种速度。高速硬盘是桌面用户的首选；而对于笔记本用户来说，主要是硬盘。虽然有一些公司推出了笔记本硬盘，但市场上仍然比较少见。

    服务器用户对硬盘性能的要求最高。服务器中使用的SCSI硬盘的速度基本相同，有的甚至比家用产品的性能还要高很多。较高的转速可以缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间。然而，随着硬盘转速的不断提高，也带来了温度升高、电机主轴磨损增加、运行噪音增大等负面影响。笔记本硬盘的转速比台式机硬盘低，一定程度上受到这个因素的影响。

   

    笔记本内部空间较小，笔记本硬盘（2.5英寸）的尺寸也设计得比台式机硬盘（3.5英寸）小。转速增加带来的温升对笔记本本身的散热性能提出了更高的要求；噪音变得更大。并且必须采取必要的降噪措施，这对笔记本硬盘的制造技术提出了更高的要求。同时，转速的提高，在其他不变的情况下，意味着电机的功耗会增加，单位时间消耗的电量就越多，电池的工作时间就会缩短，这会影响笔记本的便携性。因此，笔记本电脑硬盘一般都采用转速比较低的硬盘。

    3、访问时间

    平均存取时间（Time）是指磁头从起始位置到达目标磁道位置并从目标磁道找到要读写的数据扇区所需的时间。

    平均访问时间反映了硬盘的读写速度，它包括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（Seek Time）是指硬盘磁头移动到磁盘表面指定磁道所需的时间。当然，时间越小越好。硬盘的平均寻道时间通常在8ms到12ms之间，而SCSI硬盘应小于或等于8ms。

    硬盘的等待时间，也叫潜伏期（），是指磁头已经在要访问的磁道上，等待要访问的扇区在磁头下旋转的时间。平均等待时间为盘旋转一周时间的一半，一般应小于4ms。

    4、传输速率

    传输速率（Data Rate） 硬盘的数据传输速率是指硬盘读写数据的速度。单位为兆字节每秒 (MB/s)。硬盘数据传输率还包括内部数据传输率和外部数据传输率。

    内部传输速率（Rate）也称为持续传输速率（Rate），它反映了硬盘缓冲区在不使用时的性能。内部传输速率主要取决于硬盘的转速。

    外部传输速率（Rate）也称为突发数据传输速率（Burst Data Rate）或接口传输速率。它名义上是系统总线和硬盘缓冲区之间的数据传输速率。外部数据传输速率与硬盘接口类型有关。与硬盘缓存的大小有关。

    Fast ATA接口硬盘的最大外部传输速率为16.6MB/s，而Ultra ATA接口硬盘则达到33.3MB/s。

    使用SATA（ATA）端口的硬盘也称为串行硬盘，是PC硬盘的未来趋势。 2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、、等主要厂商组成的ATA委员会正式制定了ATA 1.0规范。 2002年，虽然 ATA相关设备尚未正式推出，但ATA委员会已率先制定了ATA 2.0规范。 ATA采用串行连接方式。串行ATA总线采用嵌入式时钟信号，具有更强的纠错能力。与过去相比，它最大的区别是可以检查传输指令（而不仅仅是数据）。如果发现错误会自动纠正，大大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

    缓存是硬盘控制器上的一块存储芯片，具有极快的访问速度。它是硬盘内部存储和外部接口之间的缓冲区。由于硬盘内部数据传输速度与外部接口传输速度不同，因此缓存起到缓冲作用。缓存的大小和速度是直接关系到硬盘传输速度的重要因素，可以极大地提高硬盘的整体性能。当硬盘访问碎片数据时，需要不断地在硬盘和内存之间交换数据。如果有较大的缓存，可以将碎片数据暂时存储在缓存中，减轻外部系统的负载，提高数据传输速度。

    分类

    1. 内存通讯

    有两种：XT型（即DMA模式）和AT型（即中断驱动模式）。

    2. 头部驱动

    有步进电机驱动和音圈电机驱动两种。

    步进电机驱动机构结构紧凑，控制简单，但整个驱动定位系统为开环控制。步进电机采用脉冲信号驱动，定位精度相对较低，存取时间较长；

    音圈电机是一种线性电机，可以直接驱动磁头做直线运动。整个马铃薯动态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，行驶速度快，定位精度高。先进的磁盘驱动器通常使用音圈电机驱动器和伺服磁盘定位。

    托盘的直径和容量有5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸和1.3英寸，最小的只有指甲盖大小。

    从外观尺寸来看，有全高、半高、薄型三种。

    结构

    硬盘是计算机中最重要的存储器之一。您的计算机正常运行所需的大部分软件都存储在您的硬盘上。由于硬盘的存储容量较大，因此它不同于内存和光盘。硬盘驱动器是计算机中使用的基于硬盘的存储设备。它在平坦的磁性表面上存储和检索数字数据。

    磁头

    电脑硬盘

    磁头是硬盘中最昂贵的部件，也是硬盘技术中最重要、最关键的部分。传统的磁头是集读写于一体的电磁感应磁头。然而，对硬盘的读取和写入是两种完全不同的操作。为此，这种二合一磁头的设计必须兼顾读和写。这两个特性导致了硬盘设计的局限性。 MR磁头，即磁阻磁头，采用分离磁头结构：写入磁头仍采用传统的磁感应磁头（MR磁头不能进行写入操作），读取磁头采用新型MR磁头，即所谓的磁头。感应写入和磁阻读取。这样设计时就可以针对两者的不同特性分别进行优化，以获得最佳的读写性能。另外，MR磁头通过电阻变化而不是电流变化来感知信号幅度，因此对信号变化非常敏感，读取数据的精度也相应提高。并且由于读取信号幅度与磁道宽度无关，因此磁道可以做得很窄，从而将磁盘密度提高到200MB/inch2，而使用传统磁头只能达到20MB/inch2。 MR头也是如此。其被广泛使用的主要原因。 MR磁头已得到广泛应用，采用多层结构、磁阻效应较好的材料制成的GMR磁头（巨磁头）也逐渐普及。

    追踪

    当磁盘旋转时，如果磁头保持在一个位置，每个磁头将在磁盘表面绘制一个圆形磁道。这些圆形轨道称为轨道。这些磁道是肉眼看不见的，因为它们只是磁盘上以特殊方式磁化的磁化区域。磁盘上的信息就是沿着这些磁道存储的。相邻轨道并不彼此直接相邻。这是因为当磁化单元距离太近时，磁性会互相影响，也会导致磁头读写困难。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比这大得多，通常一面有数千个磁道。

    磁盘表面涂有用于记录的磁性介质，在显微镜下看到的就是磁性颗粒。微小磁性粒子的极性可以通过磁头快速改变，并且改变后能保持稳定。系统通过磁通量和磁阻的变化来区分二进制0或1。正是因为所有操作都是在微观条件下进行的，如果硬盘在高速运行时受到外力晃动，可能会因磁头撞击盘面而造成不可挽回的数据丢失。此外，磁性粒子的单轴各向异性和体积会显着影响磁性粒子的热稳定性，热稳定性的高低决定了磁性粒子状态的稳定性，进而决定了存储数据的准确性。性和稳定性。但磁性粒子的单轴各向异性和体积不能盲目增大。它们受到磁头可以提供的写入场和介质的信噪比的限制。

    部门

    磁盘上的每个磁道都被分成若干弧段。这些弧段就是磁盘的扇区。每个扇区可以存储512字节的信息。当磁盘驱动器以扇区为单位读取和写入数据时。 1.44MB 3.5英寸软盘，每磁道分为18个扇区。

    圆柱

    硬盘通常由一组重叠的盘片组成。每个磁盘表面被分成相等数量的磁道，并从外缘的“0”开始编号。相同编号的磁道组成一个柱面，称为磁盘的柱面。 。磁盘上的柱面数等于磁盘上的磁道数。由于每个磁盘都有自己的磁头，因此磁盘的数量等于磁头总数。硬盘所谓的CHS就是柱面（）、磁头（head）、扇区。只要知道硬盘的CHS数，就可以确定硬盘的容量。硬盘的容量=柱面数×磁头数×扇区数。数量×512B。 ^[1]^

    如何使用

    硬盘工作时切勿强行关闭电源。在硬盘工作时关闭电源会对硬盘造成物理损坏，还可能导致数据丢失。另外，硬盘中还有高速旋转的部件。如果强行停机，高速旋转的圆盘会突然停止。如果关机后立即开机，更容易造成硬盘损坏。因此，不要在关闭计算机后立即再次打开计算机。等待至少半分钟后再打开。

    硬盘工作时，尽量避免其振动，因为磁头与磁板的距离很近。如果剧烈晃动，磁头会撞击磁板。有可能磁头会划伤磁板，也有可能导致磁头损坏。完全损坏，导致整个硬盘无法使用。

    很多用户在使用硬盘的过程中，经常会在“磁盘空间管理”中进行压缩。使用此程序来压缩您的硬盘。这将导致压缩卷文件继续增长。硬盘也会变慢，读写次数增多，从而影响硬盘的发热量和稳定性。这将导致使用寿命缩短。因此，如果硬盘足够的话，就没有必要使用该程序。

    正确维护

    硬盘非常怕灰尘。如果灰尘被吸入电路板，会导致硬盘工作不稳定或导致内部零件损坏。硬盘的功能工作状态与寿命和温度有很大关系。如果温度过高或过低，都会导致晶振的时钟频率发生变化，从而导致电路元件发生故障。如果温度过低，会造成漏气。中等水分凝结在元件上，导致短路。

    其次，定期对硬盘进行碎片整理。这将提高硬盘速度。如果您的硬盘驱动器上有太多垃圾文件，它会减慢速度并可能损坏磁道。但是，不要每三天清洁一次，因为这也会缩短硬盘的使用寿命。

    最后，还有病毒防护。病毒是硬盘驱动器上存储的文件面临的最大威胁之一。因此，当我们发现病毒时，应及时采取措施清除，尽量不要对硬盘进行格式化。

    注意事项

    1、工作时不要突然关机

    电脑硬盘

    当硬盘开始工作时，通常会高速旋转。如果我们中途突然关闭电源，可能会造成磁头与盘片的剧烈摩擦，损坏硬盘。因此，应避免突然关机。关机时一定要注意面板上的硬盘指示灯是否还在闪烁。待指示灯停止闪烁且硬盘读写完成后才能关闭电脑电源开关。

    2、防止灰尘进入

   

    灰尘对硬盘的危害非常大。这是因为在多灰尘的环境下，硬盘很容易吸引空气中的灰尘颗粒，导致它们长期堆积在硬盘内部电路元件上，从而影响电子元件的散热。排放物导致电路元件温度升高，导致漏电或烧坏元件。

    另外，灰尘还可能吸收水分，腐蚀硬盘内部的电子电路，造成一些莫名其妙的问题。因此，灰尘虽然体积很小，但对硬盘的危害却不容小觑。因此，必须保持环境卫生，降低空气中的湿度和粉尘含量。切记：一般电脑用户不能自行拆下硬盘盖，否则磁头进行读写操作时，空气中的灰尘会进入硬盘，划伤磁盘或磁头。

    3、防止温度过高或过低

    温度对硬盘的寿命也有影响。硬盘在工作时会产生一定的热量，在使用过程中存在散热问题。适宜的温度为20至25℃。如果太高或太低，晶振的时钟频率都会改变。温度也会导致硬盘电路元件发生故障，磁介质也会因热膨胀而导致记录错误。当温度过低时，空气中的水分会凝结在集成电路元件上，造成短路；当湿度过高时，电子元件表面可能会吸附一层水膜，氧化腐蚀电子线路，导致接触不良甚至短路。 ，还会改变磁介质的磁力，造成数据读写错误；如果湿度过低，则容易积聚大量因机器转动而产生的静电荷，从而烧坏CMOS电路、吸附灰尘、损坏磁头、划伤盘片。片。另外，尽量不要让硬盘靠近强磁场，如音箱、音箱、电机、广播电台、手机等，以免因磁化而损坏硬盘上记录的数据。 ^[2]^

    如何加快硬盘读写速度

    软件^[4]^

    1.设置虚拟内存

    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、定期消毒、清除病毒文件

    硬件^[4]^

    1.自行关闭硬盘DMA模式

    2. 断开未使用的网络驱动器

    3.增加硬盘空间

    4.正确设置网卡

    失败原因

    1.硬盘散热风扇

    考虑到散热效果，很多人都会给自己的电脑硬盘安装硬盘散热风扇。然而，一些低端风扇的振动相当明显，并且可以将振动传递到硬盘上。长此以往，肯定会影响硬盘的寿命。

    2.光驱

    主流光驱的读取速度已达到50倍以上。当光盘在光驱内高速旋转时，光驱本身发出的振动会引起机箱的共振，从而影响硬盘的工作。而且这种高速旋转会产生大量的热量，而且光驱距离硬盘又那么近。光驱释放的热量肯定会使硬盘的温度升高。

    3. 灰尘

    灰尘对硬盘造成的损害是显而易见的。硬盘电路板上沉积的灰尘会严重影响电路板上芯片的散热，导致电路板上元件温度升高，导致芯片过热而烧毁。另外，灰尘如果吸潮，也很容易造成电路短路。

    4、静电

    在电脑维修过程中，很多人都会用手握住硬盘。然而，在干燥的天气里，人们的手上可能会积聚数万伏的静电。他们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。

    5.低级格式化

    如果电脑硬盘出现坏道，很多网友都会采取低级格式化的措施。事实上，低级格式化会对硬盘造成很大的损害。可能会导致磁盘上坏道的扩散，甚至导致硬盘参数丢失，导致硬盘出现故障。使用。

    6、电源

    低质量的电脑电源会导致硬盘受到电压波动的干扰，尤其是在硬盘进行读写操作时。如果电脑的电源出现问题，一块硬盘几乎可以立即报废。

    7. 磁场

    由于硬盘是一种依靠磁性介质记录数据的设备，如果受到外界环境磁场的干扰，很可能会造成磁盘数据的丢失，所以应尽量远离磁性介质。现场环境。 ^[3]^

    固态硬盘

    固态硬盘（Solid State Disk）或称固态硬盘（Solid State Drive），简称SSD，也称固态硬盘，是由固态电子存储芯片阵列而成的硬盘。

    目录

    1.1 基本介绍

    2.2 分类

    3.3 开发流程

    4.4 基本结构

    5.▪主控芯片

    6.▪缓存粒子

    7.▪闪存芯片

    8.5 与传统硬盘比较

    9.6 优点

    10.7 缺点

    11.8 使用与维护