机械硬盘与固态硬盘

Posted 2021-12-11 eyes++

硬盘有机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)之分。

机械硬盘

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。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比头发丝的直径还小，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。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。硬盘作为精密设备，尘埃是其大敌，必须完全密封。

固态硬盘

固态硬盘（Solid State Disk或Solid State Drive），也称作电子硬盘或者固态电子盘，是由控制单元和固态存储单元（DRAM或FLASH芯片）组成的硬盘。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。固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与机械硬盘的相同，在产品外形和尺寸上也与机械硬盘一致。由于固态硬盘没有机械硬盘的旋转介质，因而抗震性极佳。其芯片的工作温度范围很宽（-40~85摄氏度）。目前广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空等、导航设备等领域。目前由于成本较高，还在逐渐普及到DIY市场。

固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存（FLASH芯片）作为存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质。最新还有英特尔的XPoint颗粒技术。

• 基于闪存的固态硬盘（IDEFLASH DISK、Serial ATA Flash Disk）：采用FLASH芯片作为存储介质，这也是通常所说的SSD。它的外观可以被制作成多种模样，例如：笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、U盘等样式。这种SSD固态硬盘最大的优点就是可以移动，而且数据保护不受电源控制，能适应于各种环境，适合于个人用户使用。寿命较长，根据不同的闪存介质有所不同。SLC闪存普遍达到上万次的PE，MLC可达到3000次以上，TLC也达到了1000次左右，最新的QLC也能确保300次的寿命，普通用户一年的写入量不超过硬盘的50倍总尺寸，即便最廉价的QLC闪存，也能提供6年的写入寿命。可靠性很高，高品质的家用固态硬盘可轻松达到普通家用机械硬盘十分之一的故障率。

• 基于DRAM的固态硬盘：采用DRAM作为存储介质，应用范围较窄。它仿效传统硬盘的设计，可被绝大部分操作系统的文件系统工具进行卷设置和管理，并提供工业标准的PCI和FC接口用于连接主机或者服务器。应用方式可分为SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。它是一种高性能的存储器，理论上可以无限写入，美中不足的是需要独立电源来保护数据安全。DRAM固态硬盘属于比较非主流的设备。

• 基于3D XPoint的固态硬盘：原理上接近DRAM，但是属于非易失存储。读取延时极低，可轻松达到现有固态硬盘的百分之一，并且有接近无限的存储寿命。缺点是密度相对NAND较低，成本极高，多用于发烧级台式机和数据中心。

基于闪存的固态硬盘是固态硬盘的主要类别，其内部构造十分简单，固态硬盘内主体其实就是一块PCB板，而这块PCB板上最基本的配件就是控制芯片，缓存芯片（部分低端硬盘无缓存芯片）和用于存储数据的闪存芯片。

• 主控芯片：市面上比较常见的固态硬盘有LSISandForce、Indilinx、JMicron、Marvell、Phison、Sandisk、Goldendisk、Samsung以及Intel等多种主控芯片。主控芯片是固态硬盘的大脑，其作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，二则是承担了整个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA接口。不同的主控之间能力相差非常大，在数据处理能力、算法，对闪存芯片的读取写入控制上会有非常大的不同，直接会导致固态硬盘产品在性能上差距高达数倍。
• 缓存颗粒：主控芯片旁边是缓存颗粒，固态硬盘和传统硬盘一样需要高速的缓存芯片辅助主控芯片进行数据处理。这里需要注意的是，有一些廉价固态硬盘方案为了节省成本，省去了这块缓存芯片，这样对于使用时的性能会有一定的影响，尤其是小文件的读写性能和使用寿命上。
• 闪存芯片：除了主控芯片和缓存芯片外，PCB板上其余大部分位置都是NAND Flash闪存芯片。
  NAND Flash闪存芯片又分为SLC（Single-Level Cell，单层单元） 、MLC（Multi-Level Cell，双层单元）、TLC（Trinary-Level Cell，三层单元） 、QLC（Quad-Level Cell，四层单元）这四种规格。另还有一种eMLC（Enterprise Multi-Level Cell，企业多层单元）是MLC NAND闪存的一个“增强型”的版本，它在一定程度上弥补了SLC和MLC之间的性能和耐久差距。

两者区别

• 防震抗摔性：机械硬盘都是磁碟型的，数据储存在磁碟扇区里。而固态硬盘是使用闪存颗粒（即内存、MP3、U盘等存储介质）制作而成，所以SSD固态硬盘内部不存在任何机械部件，这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在发生碰撞和震荡时能够将数据丢失的可能性降到最小。相较机械硬盘，固硬占有绝对优势。
• 数据存储速度：机械硬盘的速度约为120MB/S，SATA协议的固态硬盘速度约为500MB/S，NVMe协议(PCIe 3.0×2)的固态硬盘速度约为1800MB/S，NVMe协议(PCIe 3.0×4)的固态硬盘速度约为3500MB/S。
• 功耗：固态硬盘的功耗上也要低于机械硬盘。
• 重量：固态硬盘在重量方面更轻，与常规1.8英寸硬盘相比，重量轻20-30克。
• 噪音：由于固硬属于无机械部件及闪存芯片，所以具有了发热量小、散热快等特点，而且没有机械马达和风扇。

对于固态硬盘价格。。。。感谢评论区大佬的指正，我没有找到合适的资料，这里贴几张大佬的讨论：

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