前段时间双十一买了块2T的移动硬盘来迁移和备份文件,

闲聊时 @提莫酱 的一句 “那为啥不买固态呢?固态不怕磕碰” 把我给整懵了,难道还有液态的?(bushi

今天就来简单谈谈常说的硬盘大概有哪些分类,以及他们究竟有什么差别,可能存在不严谨的地方,各位同仁多多指教。


存储介质

我们先说存储介质。存储介质是指用于存储数据的载体,比如软盘、光盘、DVD、硬盘、闪存、U盘、CF卡、SD卡、MMC卡、SM卡、记忆棒(Memory Stick)、xD卡等。流行的存储介质是基于闪存(Nand flash)的,比如U盘、CF卡、SD卡、SDHC卡、MMC卡、SM卡、记忆棒、xD卡等。[1] 随着信息技术的飞速发展,各种存储介质超越纸质媒介,成为了信息储存的主要载体。[2]

按照物理材料的不同,存储介质可分为四大类,分别为光学存储介质、磁性存储介质、半导体存储介质和其他存储介质。[3] 我参考知乎回答画了一张大致关系图,仅供参考:

2022-161 (1)


常见的硬盘

言归正传,硬盘的大致分类和区别是什么呢?

我这里所说的硬盘不特指上方关系图中的硬磁盘(Hard Disk),而是一种泛指。

参考了两篇内容[4-5],我同样画出了一张图,仅供参考:

2022-161 (2)


移动硬盘和优盘

说完硬盘,回到文章最开头的那个小插曲,我们常说的移动硬盘究竟指的是固态硬盘还是机械硬盘呢?各种所谓的“科普文章”里,以及和别人聊天时,“硬盘”所指总是模模糊糊。

其实,上方硬盘关系图中的移动硬盘应该独立出来。因为顾名思义,移动硬盘其实就是将固态硬盘或者机械硬盘装进硬盘盒里,就成为一种可移动的、便于携带的硬盘了。所以移动硬盘既可以是机械硬盘,也可以是固态硬盘。不过市面上通常卖的大容量移动硬盘,由于价格原因内芯几乎都是机械盘。如果是移动固态硬盘,一般会特别标注出来,价格也会适当贵一些。

那U盘算移动硬盘吗,毕竟也有256G、512G甚至是1T的大容量U盘。我们拿SSD(固态硬盘)和U盘比哈,毕竟U盘不像HDD(机械硬盘)那样靠高速转动的磁盘存储。

  • 优盘(UFD,全称USB flash disk):是闪存的一种,故有时也称作闪盘。U盘与硬盘的最大不同是,它不需物理驱动器,即插即用,极便于携带。U盘Flash(闪存)芯片保存数据,是通过EEPROM数据存储器来实现的[7]EEPROM (Electrically Erasable Programmable read only memory)是指带电可擦可编程只读存储器。是一种掉电后数据不丢失的存储芯片。[8]

  • 固态硬盘(SSD):全称Solid State Disk 或 S olid State Drive,又称固态驱动器。固态硬盘内主体的PCB板上,除了“主控芯片”和“缓存芯片”外,其余大部分位置都是NAND Flash闪存芯片[6]

其中 FLASH 和 EEPROM 在本文上方“存储介质的关系图”中也有所展现,它们均属于半导体存储介质的一种。所以说,优盘和移动固态硬盘存储原理还是有区别的,但是很相似。


如何选择存储设备

机械和固态

这里只比较大容量的 移动机械硬盘移动固态硬盘,虽然优盘更小巧便捷,但代价是基本没有前两者容量大。

机械硬盘(HDD) 固态硬盘(SSD)
图片示例 2022-161 (3) 2022-161 (4)
购买价格 性价比很高,容量越大,平均价格就越便宜 价格有点昂贵
防震抗摔 特别是在工作状态下,机械硬盘的磁盘盘片高速转动(这也是噪音产生的原因),过烈震动会造成磁头剐蹭损伤,进而导致硬盘损坏。但可视盘片损坏情况通过一定技术手段扫描磁盘坏道进行数据恢复。 因为存储空间是由高度集成的芯片构成,不存在磁头和盘片,除非高温和短路造成损坏,因此比较抗震。
数据恢复 机械硬盘删除的数据文件会被硬盘标记为空,实际上删除的数据文件还存储在标记空间中,只要没有写入新的数据对其进行覆盖,就可以很轻松的对其进行数据恢复。 固态硬盘中有一个TRIM指令,开启后虽然可以优化固态硬盘性能,延长使用寿命。但同时删除数据就会通知固态硬盘做垃圾回收,也就是物理上数据被不可逆地擦除,那么数据就无法恢复。
使用寿命 减少搬运和剧烈震动,注意运行时散热,理论寿命可以达到3万小时以上(来自网络问答),但建议使用3年左右随着性能下降,就可以及时转移备份数据,防止不必要的损失。 固态硬盘寿命取决于擦写次数(一般为几千甚至上万),若闪存颗粒损坏,数据几乎无法恢复。即使可以找到损坏的闪存颗粒,然后用新的焊接,以前的数据也无法恢复。
读写速度 机械硬盘相对于固态来说读写速度稍慢,普通机械硬盘的机械特性严重限制了数据读取和写入的速度。 固态硬盘读写速度较快,和U盘都是采用闪存芯片,拥有较快的读写速度的基础。因此固态作为笔记本外接硬盘装载游戏、视频剪辑素材等是有天然优势的,装机基本首选固态硬盘。

垂直式和叠瓦式

这部分内容感谢 @提莫酱 老弟几天前的总结提醒

其中机械硬盘的磁记录技术最早采用 LMR(水平磁记录),因为磁性物质的密度小,单碟容量只有160G,导致硬盘容量非常有限。后来出现了 PMR(垂直式磁记录),大幅提升了磁性物质的密度,单碟容量可以达到1.5T。而PMR垂直式磁记录又进一步细分为CMR(传统磁记录)SMR(叠瓦式磁记录),它俩最大区别就是容量密度不同,也就是磁道间距不同。

参考了一篇文章[9],做一下简单对比:

CMR(传统磁记录) SMR(叠瓦式磁记录)
图片示例 2022-161 (5) 2022-161 (6)
说明 在磁道之间留出了一定的间隙,以避免不同磁道之间的数据干扰,不论写入还是读取,磁头都是从磁道上方经过,完成读写的操作。 由于CMR在磁道之间的安全距离让磁盘的容量有了上限,于是厂商就把磁道的距离拉近让一部分重叠起来,从而在盘片上容纳更多磁道,这就是SMR叠瓦式磁记录。
优点 在写入数据的时候不会出现其他多余的操作,写入速度快、硬盘寿命长 单碟容量更大,厂家的生产制造成本就会下降,同容量的情况下价格要比CMR硬盘便宜
缺点 单碟容量低,因为CMR在磁道与磁道之间留了一定间隙 当硬盘存放了较多的数据之后,即使是微小的数据改动,也会反复迁移扇区内的数据,这不仅会影响写入速度,同时还会加速盘片和磁头的老化,数据存放的风险也就增加了。(读取速度基本不受影响,由于SMR将磁道间的距离拉近了,磁头移动距离变短,如果是相同转数的情况下,SMR的读取速度甚至比CMR更快)
适合用途 工作盘、游戏盘、系统盘等需要频繁擦写的操作,自然是用CMR硬盘更合适 影音仓储、数据归档这些连续且少量的擦写操作需求,用价格稍实惠的SMR硬盘完全没什么问题

叠瓦式硬盘因为写入磁头要比读取磁头的刷过面积大,就会导致写入数据时下一条磁道的数据会被擦除,需要先备份下一条磁道的数据,但是在写入下一条磁道数据时,又会擦除下下一条磁道的数据,解决办法是每隔一部分磁道设置一块安全距离,并采用大容量的缓存区来放置数据,所以一般SMR硬盘的缓存容量都比较大(通常在128M以上,基本都在256M)。

就目前来看,对于2.5英寸的机械硬盘,除了1TB以下的,西数和希捷的机械硬盘基本都是叠瓦式的,因为垂直式造价太高。

“毕竟无论是顺序读取性能还是随机读取性能,SMR都更甚一筹,并且SMR部分记录区域重叠,可以节省碟片空间,在有限的空间内放下更多数据。就像其中的一位答主所说,SMR就是趋势,你无法改变。而在这个人人都考虑性价比的年代,商家在考虑节省成本,降低售价,而用户在考虑如何可以花最少的钱更安全地储存更多的东西,所以只有考虑到这一点才能赢得机械硬盘这个市场。”[10]


参考内容:

[1] 百度百科. 存储介质. 2022-12-05.

[2] 唐迪, 魏英. 存储介质数据销毁技术研究[J]. 信息安全与技术, 2012.

[3] 存储印象. 储存介质有哪些. 知乎问答, 2022-09-23.

[4] 哈咯克里斯, 百度百科, 百科星图. 常见的计算机硬盘种类. 2022-12-05.

[5] 电脑数码网. 电脑硬盘分类?硬盘分为哪两种. 2022-08-31.

[6] 百度百科. 固态硬盘-基本机构. 2022-12-05.

[7] 百度百科. U盘-储存原理. 2022-12-05.

[8] 百度百科. EEPROM-储存原理. 2022-12-05.

[9] 飞扬数码君. SMR就是大家常说的叠瓦式硬盘. 2022-05-10.

[10] UI迪豆, 知乎问答. 希捷和西部数据的移动机械硬盘是叠瓦式的吗. 2020-07-22.