硬盘-您需要知道的一切

硬盘作为主存储单元的用途已被编号。随着非常快速的SSD的出现 ，HDD已经退居幕后，尽管它们并不是很重要，因为它们非常适合大容量存储 。 当前达到16 TB的设备 ，而仅花费60欧元以上，我们的PC就可以拥有2 TB的存储空间，如果它的价格是SSD，那对我们许多人来说仍然遥不可及。

在本文中，我们将汇总您需要了解的有关硬盘驱动器 ，它们的操作，特性，尤其是与SSD相比所提供的优缺点的一切信息，而这始终是必需的。

硬盘的功能和内部组件

硬盘的名称来自英文Hard Disk Drive或HDD的缩写，我们都知道该存储单元，这也是将其与SSD（Solic Disk Drive）区分开来的最清晰方法。

硬盘的任务无非就是提供设备 ，存储所有文件，程序以及安装操作系统的位置。因此，它也称为主存储器 ，与RAM存储器不同， 即使没有电也可以将文件保留在内部 。

SSD完全由电子组件制成，并将信息存储在由NAND门组成的芯片上，而硬盘则具有机械部件 。在其中，一系列磁盘以高速旋转，因此使用磁头可以读取和擦除其中的信息。让我们看一下硬盘中的主要元素。

菜式

这将是存储信息的地方。它们水平安装，每个平台由两个面或磁化记录面组成。这些通常由金属或玻璃制成 。为了将信息存储在其中，它们具有可对其进行正向或负向磁化（1或0）的单元格。它们的表面就像镜子一样，其中存储了大量数据，表面必须完美。

阅读头

第二个最重要的要素是读取头 ， 我们每个面或记录表面都有一个 。这些磁头实际上并没有与板接触 ，因此它们没有磨损。当碟子旋转时，会形成一层薄薄的空气，防止在它和播放头之间计数（相距约3海里）。 这是优于SSD的主要优势之一，因为SSD的擦除和写入性能确实会降低。

引擎

我们已经看到硬盘驱动器中存在许多机械元素，但最能说明这一点的是电机的存在。除风扇外，它是PC上唯一的此类产品，也是慢速硬盘驱动器的主要来源。 电机以一定的速度旋转印版，最快的速度可能是5, 400 RPM，7, 200或10, 000 RPM 。在达到该速度之前，您将无法与磁盘进行交互，这是导致速度缓慢的重要原因。

为此，我们添加了使读数头移动的电动机或电磁体，使其位于数据所在的位置。这也要花费时间，这也是造成速度缓慢的另一个原因。

快取

至少当前单元具有内置在电子电路中的存储芯片。这充当了从物理板到RAM存储器交换信息的桥梁。 它就像一个动态缓冲区，可以减轻对物理信息的访问，通常为64 MB。

封装的

封装对于HDD非常重要，因为与SSD不同， 内部必须完全加压，以免灰尘进入。让我们考虑一下，板块以极高的速度旋转，并且磁头的针头只有几微米。任何固体元素，无论多么微小，都可能对设备造成不可逆转的损坏。

连接数

最后，我们在包装背面有整套连接，其中包括SATA电源连接器和另一个数据连接器 。以前，IDE硬盘驱动器还具有一个面板，用于选择操作模式（如果驱动器共享总线），则是从驱动器还是主驱动器，但是现在每个驱动器都连接到主板上的单独端口。

HDD上的形式和界面因素

从这个意义上讲，目前的信息非常简短，因为我们只找到两个形状因素 。第一个是台式机的标准配置，配备3.5英寸驱动器 ，尺寸为101.6 x 25.4 x 146毫米。第二个是尺寸为69.8 x 9.5 x 100mm的2.5英寸笔记本电脑驱动器中使用的外形尺寸。

至于连接技术，目前对于HDD来说并没有太多，有两种：

SATA硬盘

这是当前PC的HDD中的通信标准，可以代替IDE。在这种情况下，使用AHCI协议的串行总线代替并行传输数据。它比传统的IDE快得多，并且最大传输速度为600 MB / s，效率更高。另外，它允许设备的热连接 ，并具有更小和更易管理的总线。无论如何， 当前的机械硬盘读取速度最高只能达到400 MB / s ，而SATA SSD确实可以充分利用此总线。

SAS

这是SCSI接口的发展，它是一种串行总线，类似于SATA，尽管SCSI类型的命令仍用于与硬盘驱动器进行交互。它的特性之一是可以在同一条总线上连接多个设备，并且还可以为每个设备提供恒定的传输速率。我们可以连接16个以上的设备 ，并且具有与SATA磁盘相同的连接接口 ，非常适合在服务器上安装RAID配置。

它的速度低于SATA，但是一个重要的功能是SAS控制器可以与SATA磁盘通信 ，但是SATA控制器不能与SAS磁盘通信。

硬盘的物理，逻辑和功能部分

我们已经看过其中的基本部分，但这只是了解其实际工作方式的开始。而且，如果您想了解有关这些硬盘驱动器的所有信息，那么本节最重要 ，因为它确定了硬盘驱动器的工作方式，这可以通过两种方式完成：

CHS（汽缸-汽缸头-扇区）：该系统是第一个硬盘驱动器中使用的系统，尽管已被以下组件取代。通过这三个值，可以将读取头放置在数据所在的位置。该系统易于理解，但需要很长的定位方向。

LBA（以块为单位的逻辑寻址）：这是当前使用的地址，在这种情况下，我们将硬盘划分为多个扇区，并为每个扇区分配一个唯一的编号，就好像它是主轴应该位于的内存地址一样。在这种情况下， 指令字符串将更短且更有效，并且将允许系统对磁盘进行索引。

碗碟的物理结构

让我们看看如何划分硬盘的物理结构 ，这将决定其工作方式。

磁道：磁道是形成光盘记录面的同心环。 圆柱体 ：圆柱体由在每个板和面上垂直对齐的所有轨道组成。它不是物理的东西，而是虚构的圆柱体。 扇形区 ：每条轨道分为几段称为扇形区的拱门。在每个扇区中将存储一个数据，如果其中一个保持不完整，则下一个数据将进入下一个扇区。 ZBR （位区域记录）技术扇区的大小从室内到室外都会有所不同，以优化空间。它们通常为4KB，尽管可以从操作系统进行更改。集群：这是一组部门。每个文件将占据一定数量的集群，并且其他文件不能存储在某个集群中 。

硬盘的逻辑结构

有趣的是，尽管操作不同，但SSD的硬盘逻辑结构也得到了维护。

引导扇区（MBR或GPT）

主引导记录或MBR是硬盘的第一个扇区， 磁道0，柱面0，扇区1 。这里存储了整个硬盘的分区表，标记了它们的开始和结束。 引导加载程序也存储在其中，收集了安装系统或操作系统的活动分区。目前，在几乎所有情况下，它都已被GPT分区样式所取代，我们现在将对其进行详细介绍。

隔断

每个分区将硬盘驱动器划分为特定数量的柱面，它们可以是我们要分配给它们的大小。 此信息将存储在分区表中。当前有一个逻辑分区的概念，以及动态硬盘驱动器，通过它我们甚至可以连接两个不同的硬盘驱动器，并且鉴于系统，它将作为一个整体工作。

MBR和GPT之间的区别

当前，有两种类型的分区表可用于HDD或SSD， MBR 类型的分区表或GPT （全局唯一标识符）的分区表 。 GPT分区样式是为EFI或可扩展固件接口系统实现的，它取代了旧的计算机BIOS系统。因此，尽管BIOS使用MBR管理硬盘驱动器，但GPT旨在成为UEFI的专有系统。最棒的是， 该系统为每个分区分配了唯一的GUID ，就像一个MAC地址一样，并且分配器很长，以至于世界上所有分区都可以唯一命名， 从而消除了物理限制从硬盘驱动器上进行分区 。

这是MBR的第一个也是最明显的区别。虽然此系统仅允许您在最大2 TB的硬盘上创建4个主分区 ，但是在GPT中，创建分区没有理论上的限制 。它将以某种方式限制此操作系统，并且Windows当前支持128个主分区。

第二个区别在于启动系统 。借助GPT，UEFI BIOS本身可以创建自己的引导系统，从而在每次引导时动态检测磁盘内容。这使我们能够完美地启动计算机，即使我们使用另一种逻辑分布将硬盘驱动器换为另一台也是如此。相反，MBR或旧的BIOS需要可执行文件来标识活动分区并能够开始引导。

幸运的是， 几乎所有当前的HDD和SSD硬盘驱动器都已预先配置了GPT分区系统 ，无论如何，无论是从系统本身还是在Diskpart的命令模式下，我们都可以在安装Windows之前修改此系统。

硬盘上的文件系统

要完成硬盘的操作，我们必须了解所使用的主要文件系统 。它们是用户和存储可能性的基本组成部分。

FAT32 ExFAT NTFS HFS + EXT ReFS

FAT32忽略了FAT系统的存在，因为它在当前的存储系统中几乎没有用，因此它是FAT32的前身。该系统允许为群集分配32位地址，因此从理论上讲，它支持8 TB的存储大小 。现实情况是Windows将该容量限制为128 GB，文件大小不超过4 GB ，因此它是仅使用小型USB存储驱动器的系统。

为了克服FAT32的局限性，Windows创建了exFAT系统，该系统支持最大16 EB （Exabytes）的理论文件大小和64 ZB （Zettabytes）的理论存储大小。

Windows使用该系统来安装系统并管理硬盘上的文件。当前，它支持16TB，256TB文件作为最大卷大小，并且您可以配置不同的群集大小以进行格式化。该系统使用大量空间进行卷配置，因此建议分区大小大于10 GB。

它是Apple自己的文件系统 ，通过添加对更大文件和更大卷的支持来取代传统的HFS。这些大小最大为8 EB。

现在，我们正在处理Linux自己的文件系统 ，当前为EXT4版本。支持的文件大小最大为16TB，卷大小为1 EB。

最后， ReFS是另一项获得Microsoft专利的系统 ，注定是NTFS的发展。它是在Windows Server 2012上实现的，但目前一些用于商业发行版的Windows 10支持它。该系统在许多方面都对NTFS进行了改进 ，例如通过实施针对数据降级，修复和故障与冗余，RAID支持，数据完整性验证或chkdsk删除的保护。 支持文件大小为16 EB，卷大小为1 YB（兆字节）

什么是RAID

与文件系统概念密切相关的是RAID配置 。实际上，有些笔记本电脑或PC的存储容量已经具有RAID 0配置 。

RAID代表独立磁盘冗余阵列，它是一个使用多个存储单元的数据存储系统。在它们中， 数据就好像是一个单元一样进行分发，或者将它们复制以确保数据的完整性以防出现故障 。这些存储单元可以是HDD或机械硬盘驱动器，SSD或固态驱动器，甚至M.2。

当前有大量的RAID级别 ，其中包括以不同方式配置和关联这些硬盘驱动器。例如， RAID 0将两个或多个磁盘合并为一个磁盘，以在所有磁盘上分发数据。它是仅通过查看系统中的一个硬盘驱动器来扩展存储的理想选择 ，例如，两个1TB HDD可以形成一个2TB。另一方面， RAID 1正好相反，它是具有两个或更多镜像磁盘的配置，因此数据在每个磁盘上均保持复制。

HDD与SSD的优缺点

最后，我们将总结并解释机械硬盘驱动器和固态驱动器之间的主要区别。 为此，我们已经有一篇文章详细解释了所有这些因素，因此我们将仅作一个快速综合。

突出优势

容量：这是硬盘驱动器优于SSD的主要优势之一，这不完全是因为SSD很小， 而是因为它们的成本增加了很多 。我们知道，HDD的速度比SSD慢，为400MB / s，而最快的驱动器为5000MB / s，但是每个驱动器的存储容量非常适合用作数据仓库。 当前有3.5英寸HDD驱动器，最大容量为16TB。每GB成本低：因此，从以上所述， HDD的每GB成本远低于SSD的每GB成本 ，因此我们可以以更低的价格购买更大的设备。 2 TB硬盘的价格约为60欧元，而2 TB M.2 SSD的价格至少为220欧元或更多。 保质期： HDD的第三个优点是盘片的保质期。注意不要提及它的耐用性和抵抗性，而要提及我们可以写入和擦除单元的次数，这在机械硬盘驱动器上实际上是无限的 。在SSD上，该数量限制为几千个，这使得它们对于数据库和服务器的吸引力大大降低。

缺点

它们非常慢 ：随着SSD的出现，机械硬盘已成为计算机中最慢的设备，甚至低于USB 3.1。这使得它们成为安装操作系统的几乎一次性的选择，仅在我们真的想要一台快速计算机的情况下才用于数据 。我们所谈论的数字是HD的速度比SSD慢40-50倍 ，这不是胡说。 物理尺寸和噪声 ：机械且具有盘片，与仅22×80mm的M.2 SSD相比，它们的尺寸相当大。同样， 具有马达和机械头会使它们非常嘈杂，尤其是在文件碎片化的情况下。 碎片化 ：磁道中的分布会导致数据随着时间的推移变得更加碎片化。换句话说， 磁盘将填充已擦除时留为空白的扇区 ，因此读取头必须进行多次跳转才能读取完整的文件。在作为电子单元存储器的SSD中，所有这些单元都可以以相同的速度访问，就像RAM存储器一样，这个问题不存在。

硬盘结论

这样，我们就结束了本文的结尾，该文章深入探讨了机械硬盘驱动器的主题。毫无疑问，至少对于大多数用户而言，它们是通过在市场上提供甚至2 TB的SSD来发挥较小作用的元素。但是它们仍然是大容量存储的明星选择 ，因为为此，我们不需要那么快的速度，而是需要很多空间。

想象一下，如果我们只有一个512 GB或256 GB SSD，并且想要保存4K电影，安装游戏或我们是内容创建者，那将会发生什么。如果我们想提高速度，我们必须在SSD上花大钱，而拥有20 TB的HDD则要花费我们大约600欧元，而使用SSD的SATA则要花费我们大约2000欧元 ，如果它们是NVMe，最好甚至不用计算。

现在，我们为您提供一些文章，这些文章将对您提供补充信息，当然还有我们的指南。

您的PC上有多少个硬盘驱动器，它们是什么类型？您是否使用SSD和HDD？