硬盘的种类、区别、运行原理

硬盘是电脑主要的储存媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。碟片外覆盖有铁磁性材料。

硬盘的种类可分为：

1、固态硬盘（SSD），采用闪存颗粒来储存；
2、机械硬盘（HDD），采用磁性碟片来储存；
3、混合硬盘（HHD），是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。

硬盘有机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)之分。机械硬盘即是传统普通硬盘，主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。

图中左边为固态硬盘，右边为机械硬盘

机械硬盘：

磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。信息通过离磁性表面很近的磁头，由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上，信息可以通过相反的方式读取。硬盘作为精密设备，尘埃是其大敌，所以进入硬盘的空气必须过滤。
机械硬盘中所有的盘片都装在一个旋转轴上，每张盘片之间是平行的，在每个盘片的存储面上有一个磁头，磁头与盘片之间的距离只有0.1μm～0.5μm，较高的水平已经达到 0.005μm～0.01μm，所有的磁头联在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。

固态硬盘

固态驱动器（Solid State Disk或Solid State Drive，简称SSD），俗称固态硬盘。
固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘。
因为台湾英语里把固体电容称为Solid而得名。SSD由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。
固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上基本与普通硬盘一致（新兴的U.2，M.2等形式的固态硬盘尺寸和外形与SATA机械硬盘完全不同）。
被广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等诸多领域。
芯片的工作温度范围很大，商规产品（0-70℃）工规产品（-40-85℃）。虽然成本较高，但是正在普及至DIY市场。
由于固态硬盘的技术与传统硬盘的技术不同，所以产生了不少新兴的存储器厂商。厂商只需购买NAND颗粒，再配适当的控制芯片，编写主控制器代码，就制造了固态硬盘。

一、种类

硬盘有固态硬盘(SSD 盘，新式硬盘)、机械硬盘(HDD 传统硬盘)、混合硬盘(HHD 一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘)。

SSD采用闪存颗粒来储存，HDD采用磁性碟片来储存，混合硬盘(HHD: Hybrid Hard Disk)是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。

二、容量

作为计算机系统的数据储存器，容量是硬盘最主要的参数。

硬盘的容量以兆字节(MB/MiB)、千兆字节(GB/GiB)或百万兆字节(TB/TiB)为单位，而常见的换算式为：1TB=1024GB,1GB=1024MB而1MB=1024KB。但硬盘厂商通常运用的是GB，也就是1G=1000MB，而Win系统，就依旧以“GB”字样来表示“GiB”单位(1024换算的)，因此我们在BIOS中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。

硬盘的容量指标还包括硬盘的单碟容量。所谓单碟容量是指硬盘单片盘片的容量，单碟容量越大，单位成本越低，平均访问时间也越短。

一般情况下硬盘容量越大，单位字节的价格就越便宜，但是超出主流容量的硬盘略微例外。

在我们买硬盘的时候说是500G的，但实际容量都比500G要小的。因为厂家是按1MB=1000KB来换算的，所以我们买新硬盘，比买时候实际用量要小点的。

三、转速

转速(Rotational Speed 或Spindle speed)，是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一，它是决定硬盘内部传输率的关键原因之一，在很大程度上直接影响到硬盘的速度。硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快，相对的硬盘的传输速度也就得到了提升。硬盘转速以每分钟多少转来表示，单位表示为RPM，RPM是Revolutions Per minute的缩写，是转/每分钟。RPM值越大，内部传输率就越快，访问时间就越短，硬盘的整体性能也就越好。

硬盘的主轴马达带动盘片高速旋转，产生浮力使磁头飘浮在盘片上方。要将所要存取资料的扇区带到磁头下方，转速越快，则等待时间也就越短。因此转速在很大程度上决定了硬盘的速度。

家用的普通硬盘的转速一般有5400rpm、7200rpm几种高转速硬盘也是台式电脑用户的首选;而对于笔记本用户则是4200rpm、5400rpm为主，虽然已经有公司发布了10000rpm的笔记本硬盘，但在市场中还较为少见;服务器用户对硬盘性能要求最高，服务器中运用的SCSI硬盘转速基本都采用10000rpm，甚至还有15000rpm的，性能要超出家用产品很多。较高的转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间，但随着硬盘转速的不断提升也带来了温度升高、电机主轴磨损加大、工作噪音增大等负面影响。

四、制造厂商

1、希捷(Seagate)

希捷公司成立于1980年，现为全球第1大的硬盘、磁盘和读写磁头制造商，希捷在规划、制造和销售硬盘领域居全球领先地位，提供用于企业、台式电脑、移动设备和消费电子的产品。、

2005年并购迈拓(Maxtor)

2011年4月-2011年12月收购三星(Samsung)旗下的硬盘业务后成为最大的硬盘厂商。

2、西部数据(Western Digital)

西部数据是全球知名的硬盘厂商，现为全球第2大硬盘制造商，成立于1979年，总部位于美国加州，在世界各地设有分公司或办事处，为全球五大洲用户提供储存器产品，2011年3月收购日立。

3、日立(HITACHI)

HITACHI日立集团是全球最大的综合跨国集团之一，台式电脑硬盘，笔记本硬盘都有生产。于2002年并购IBM硬盘生产事业部门。于2011年3月被西部数据收购。

4、Toshiba(TOSHIBA)

日本最大的半导体制造商，亦是第二大综合电机制造商，隶属于三井集团旗下。　主要生产移动储存产品。

5、三星(Samsung)

韩国最大的企业集团三星集团的简称。生产的硬盘提供用于台式电脑、移动设备和消费电子的产品。2011年4月19日，希捷正式宣告以13.75亿美元(现金加股票的方式)收购三星硬盘业务。2011年12月20日，希捷宣告已完成对三星电子有限公司旗下硬盘业务的收购交易。

五、接口种类

ATA

ATA 全称 Advanced Technology Attachment，是用传统的40-pin 并口数据线连接主板与硬盘的，外部接口速度最大为133MB/s，因为并口线的抗干扰性太差，且排线占空间，不利计算机散热，将慢慢被SATA 所取代。

IDE

全称 Integrated Drive Electronics，即“电子集成驱动器”，俗称PATA并口。

RAID的优点

传输速率高。在部分RAID模式中，可以让很多磁盘驱动器同时传输数据，而这些磁盘驱动器在逻辑上又是一个磁盘驱动器，所以运用RAID可以达到单个的磁盘驱动器几倍的速率。因为处理器的速度增长很快，而磁盘驱动器的数据传输速率无法大幅提升，所以需要有一种方案搞定二者之间的矛盾。 2. 更高的安全性。相较于普通磁盘驱动器很多RAID模式都提供了多种数据修复功能，当RAID中的某一磁盘驱动器出现严重问题无法运用时，可以通过RAID中的其他磁盘驱动器来恢复此驱动器中的数据，而普通磁盘驱动器无法实现，这是运用RAID的第二个原因

SATA

2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA 1.0规范，2002年，虽然串行ATA的相关设备还未正式上市，但Serial ATA委员会已抢先确立了Serial ATA 2.0规范。Serial ATA采用串行连接方式，串行ATA总线运用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的分别在于能对传输指令(不仅仅是数据)进行检查如果发现错误会自动矫正。

SATA Ⅱ

SATA Ⅱ是芯片巨头Intel英特尔与硬盘巨头Seagate希捷在SATA的基础上发展起来的，其主要特征是外部传输率从SATA的150MB/s进一步提升到了300MB/s，此外还包括NCQ(Native Command Queuing，原生命令队列)、端口多路器(Port Multiplier)、交错启动(Staggered Spin-up)等一系列的技术特征。但是并非所有的SATA硬盘都可以运用NCQ技术，除了硬盘本身要支持NCQ之外，也要求主板芯片组的SATA控制器支持NCQ。

SATA Ⅲ

正式名称为“SATARevision3.0”，是串行ATA国际组织(SATA-IO)在2009年5月份发布的新版规范，主要是传输速度翻番达到6Gbps，同时向下兼容旧版规范“SATARevision2.6”(也就是现在俗称的SATA3Gbps)，接口、数据线都没有变动。SATA3.0接口技术标准是2007上半年英特尔公司提出的，由英特尔公司的储存产品架构规划部技术总监Knut Grimsrud负责。Knut Grimsrud表示，SATA3.0的传输速率将达到6Gbps，将在SATA2.0的基础上增加1倍。

SCSI

SCSI的英文全称为“Small Computer System Interface”(小型计算机系统接口)，是同IDE(ATA)完全不一样的接口，IDE接口是普通PC的标准接口，而SCSI并不是专门为硬盘规划的接口，是一种广泛使用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有使用范围广、多任务、带宽大、处理器占用率低，以及热插拔等优点，但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及，因此SCSI硬盘主要使用于中、高端服务器和高档工作站中。

光纤通道

光纤通道的英文拼写是Fibre Channel，和SCSI接口一样光纤通道最初也不是为硬盘规划开发的接口技术，是专门为网络系统规划的，但随着储存系统对速度的需要，才慢慢使用到硬盘系统中。光纤通道硬盘是为提升多硬盘储存系统的速度和灵活性才开发的，它的出现大大提升了多硬盘系统的通信速度。光纤通道的主要特点有：热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。

光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而规划的，能满足高端工作站、服务器、海量储存子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求。

RAID的分类

RAID 0，无冗余无校验的磁盘阵列。数据同时分布在各个磁盘上，没有容错能力，读写速度在RAID中最快，但因为任何一个磁盘破坏都会使整个RAID系统失效，所以安全系数反倒比单个的磁盘还要低。一般用在对数据安全要求不高，但对速度要求很高的场合，如：大型游戏、图形图像编辑等。此种RAID模式至少需要2个磁盘，而更多的磁盘则能提供更高效的数据传输。

SAS

SAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI，是新一代的SCSI技术，和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度。并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的规划是为了改善储存系统的效能、可用性和扩充性，并且提供与SATA硬盘的兼容性。

六、维护、保养

1、保持电脑工作环境清洁

硬盘已带有超精过滤纸的呼吸孔与外界相通，它可以在普通无净化装置的室内环境中运用，若在灰尘严重的环境下，会被吸附到PCBA的表面、主轴电机的内部以及堵塞呼吸过滤器，因此必须防尘。还有环境潮湿、电压不稳定都可能导致硬盘破坏。

2、养成正确关机的习惯

硬盘在工作时忽然关闭电源，可能会导致磁头与盘片猛烈磨擦而破坏硬盘，还会使磁头不能正确复位而造成硬盘的划伤。关机时一定要注意面板上的硬盘指示灯是否还在闪烁，只有当硬盘指示灯停止闪烁、硬盘结束读写后方可关机。

3、正确移动硬盘，注意防震

移动硬盘时最好等待关机十几秒硬盘完全停转后再进行。在开机时硬盘高速转动，轻轻的震动都可能碟片与读写头相互磨擦而产生磁片坏轨或读写头毁损。所以在开机的状态下，千万不要移动硬盘或机箱，最好等待关机十几秒硬盘完全停转后再移动主机或重新启动电源，可避免电源因瞬间突波对硬盘造成伤害。在硬盘的安装、拆卸过程中应多加小心，硬盘移动、运输时严禁磕碰，最好用泡沫或海绵包装保护一下，尽量减少震动。

注意：硬盘厂商所谓的“抗撞能力”或“防震系统”等，指在硬盘在未启动状态下的防震、抗撞能力，而非开机状态。