硬盘 HDD
计算机硬盘(Hard Disk Drive,HDD)是计算机的主要存储设备,用于保存和检索长期数据。包括组成系统、软件、文件的数据,都需要经过硬盘的保存,才能被长期、反复地使用。
硬盘的核心参数是容量,容量越大可以存储的内容也就越大。而表示容量需要使用对应的单位,常用的从小到大依次为:
- B,Byte:字节,最小的存储单位,通常由8个二进制 bit组成(即八个 0 或1 )。
- KB,Kilobyte: 1 KB = 1,024 字节。在计算机存储中,1 KB 等于 1,024 字节而不是 1,000 字节。
- MB,Megabyte: 1 MB = 1,024 KB,或者是 1,048,576 字节。
- GB,Gigabyte: 1 GB = 1,024 MB,或者是 1,073,741,824 字节。
- TB,Terabyte: 1 TB = 1,024 GB,或者是 1,099,511,627,776 字节。
- PB,Petabyte: 1 PB = 1,024 TB,或者是 1,125,899,906,842,624 字节。
除了容量外,另一个指标就是硬盘的读写速率,读是读取 Read,将硬盘中的数据找出并传输给系统的过程,比如打开文件、程序都是读取。写是写入 Write,将计算机操作中增加的数据写入硬盘的过程。它们是两个独立的操作和指标,速率并不统一,所以要分开认识。
而影响读写速率的主要因素在于硬盘的类型,常见的硬盘类型包含机械硬盘 HDD 和固态硬盘 SSD。
机械硬盘是使用磁性记录原理的传统硬盘类型,它包含一个旋转的磁性盘片和一个移动的读写磁头,通过在盘片上的不同位置写入或读取磁场来存储和检索。所以机械硬盘的体积较大,且读写的速度较慢,主流的机械硬盘读写速度通常在 100-250MB/S。
但因为物理体积大可以提供更高的存储空间,所以机械硬盘的最大容量可以达到数十 TB。而机械硬盘也可以在体积上做出区分,包含 3.5 寸和 2.5 寸两种主流尺寸,2.5 寸主要用于笔记本等移动设备上,体积更小更便携,自然速度和容量也更低。
固态硬盘是使用固态电子存储芯片阵列来存储数据的硬盘类型,无需使用笨重的机械组件,是更先进的数据存储方式。不仅体积更小,而且读写的速度更快,可以获得更好的使用效率和体验。
固态硬盘是个大类,具体的产品形式也有很多种,最常见的类型包含嵌入式(焊死在主板上)和可插拔的 2.5 寸 sata 接口硬盘、M.2 接口硬盘三种。
而影响固态硬盘速度的因素有两个,就是闪存类型和接口协议。闪存类型即存储数据的芯片类型,决定了硬盘本身读写速度的上限。但硬盘本身读写速度并不代表实际速度,还受接口和协议的影响,即传输数据的“管道”是否大于硬盘本身的速度,如果没有则会成为瓶颈,制约硬盘在使用过程中的实际表现。
接口协议分为硬件的接口插槽和数据传输的协议,硬件的接口插槽主要包含 SATA、M.2两种,都是在电脑主板中会提供的接口类型,我们只要知道它们之间速度的差异即可:
- SATA:主流的 SATA 接口最大传输速度约为 600MB/S 的速度,是机械硬盘和 2.5 寸固态硬盘使用的接口。所以 2.5 寸固态硬盘体积比 M.2 固态硬盘大,速度并没有做的更快就是受接口的限制。
- M.2:M.2 只是个单纯的接口,但可以使用 PCIE 通道,所以在老设备 PCIE 3.0 中,最大的传输速度为 3.94GB/s,在新的 PCIE 4.0 中可以达到 7.88GB/s。
除了直接插入电脑主板中的硬盘,还有外置硬盘、移动硬盘会使用不同的接口接入设备,比如常见的 USB-A、USB-C 接口。但本质上是硬盘盒内包含一个 SATA 或 M.2 的接口转换器,将它们转换成其它接口的形式输出。
而这些接口本身还带有数据传输的协议,会形成进一步的传输限制。比如最常见的就是USB 3.1中的 Gen1 和 Gen2 协议,速度约为 625MB/s 和 1.25GB/s,所以即使用了更高速的固态闪存,在移动硬盘中的使用也只能达到这个上限。
总结下来,认识硬盘的主要内容:
- 硬盘的容量
- 硬盘的类型
- 硬盘自身的读写速率
- 硬盘支持的接口和协议