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硬件知识:如何选择硬盘

钱魏Way · · 0 次浏览

在购买电脑硬盘时,还是存在很多的坑,整理了一些先前看到的内容,结合自己的购买经验做了一些整理。

挑选存储设备主要有两种选择:SDD(固态硬盘)和HDD(机械硬盘),对于一些不太了解的同学,两者的区别可能就是SSD性能更高价格更贵。

机械硬盘与固态硬盘主要区别

存储原理的不同

机械硬盘内部有一个旋转的金属盘,上面有磁性涂层。数据就存储在这些盘片上,并通过安装在控制器上的磁头进行读取。这些磁头在相应的盘片上物理的寻找区域,这意味着,机械硬盘需要花费相当长的时间来保存和检索数据。

固态硬盘使用的是更简单的设计,它有一堆NAND闪存颗粒来存储数据。并且,与另一种流行的闪存存储技术即DRAM(内存)不同,NAND闪存颗粒是较为稳定的,这意味着NAND闪存即使在断电的情况下,也能保留电荷,从而保留数据。

存储原理导致的体积、重量、功耗差异

普通机械硬盘的内部存储部件包括:主轴、马达、磁盘、磁头、磁头臂等,固态硬盘主要部件为:主控、缓存芯片、缓存。

机械键盘的容量依赖磁盘,由于物理读取精度的限制,想要增加容量主要依赖的是将磁盘做大或同一硬盘中多张磁盘。目前机械硬盘的主要尺寸:

  • 5英寸,多用于台式机或服务器(机箱空间较大)。由于磁盘较大,带动转动和读取,所以需要12V电压。
  • 5英寸,多用于笔记本电脑及移动硬盘中。可由5V驱动,所以采用2.5寸硬盘的移动硬盘只需要USB驱动即可,一般不需外接电源。

已知的最大的硬盘是1983年NEC制造的14寸硬盘DKU800(3620转,2.7GB的容量)。

已知最小的硬盘是东芝为诺基亚N91手机制作的0.85英寸机械硬盘(4G或8G)。大概只比硬币大一些。

而固态硬盘主要由电子元器件组成,除了和2.5寸一样大的固态硬盘外,msata、M.2接口的硬盘是越做越小。

存储原理导致的读写速度、噪音、故障差异

机械硬盘高速转动的盘片需要一个高功率的步进电机来驱动,而固态硬盘不需要电机来驱动,所以机械硬盘在功耗上就大了许多,工作时因电机的转动,会出现微小的震动和噪音,而固态硬盘没有机械马达,工作时噪音值为0分贝。内部不存在任何机械活动部件,不会发生机械故障,也不怕碰撞、冲击、振动。由于固态硬盘采用无机械部件的闪存芯片,所以具有了发热量小、散热快等特点。

机械硬盘因使用高速转动的盘片和磁头来回寻道读写数据的原理,所以不能出现高强度的震动,否则磁头与高速转动的盘片接触会造成盘片划伤和损坏,导致硬盘报废,所以在使用机械硬盘时必须避免震动的发生,固态硬盘没有盘片,所以只要其芯片不受到外形挤压产生形变,数据就能获得安全的保存,所以在数据安全方面固态硬盘和普通硬盘的区别是很大的。

说了电机转动,需要再了解下硬盘的转速,市面上能购买到的固态硬盘通常有以下两种转速:7200 RPM和 5400RPM。

RPM(revolutions per minute)它是指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。其实历史的上很长时间硬盘的转速是3600转。3600转是怎么来的呢?这还和交流电的频率相关。美国交流电的频率是60Hz(备注:我国是50Hz),这就导致了当时在设计硬盘转速是采用的速度是3600 RPM(60Hz × 1转/Hz ×60秒/分钟 = 3600转/分钟)。受美国交流电影响的还有显示器的频率,大部分也是60Hz。而后出现的5400和7200只是在原有速度的扩展到1.5倍和2倍。

问题:5400转一定比7200转慢吗?

答案是不一定。影响机械硬盘读写速度的主要有2个因素:硬盘转速和存储密度。

  • 相同存储密度下,理论上转速越快,读写速度越快。
  • 相同的转速下,理论上存储密度越大,读取速度越快。

由于磁盘的单碟容量在不断的进步,单碟容量提高,意味着存储密度的提高,5400转还是7200转哪个快很难讲。

问题:有没有比7200更高转速的硬盘

存在15000转服务器硬盘,但是由于其价格不便宜,转速越快,最外圈的线速度越大,想要保证磁盘的正常读写,需要的投入也更高,且读写速度被SSD秒杀,慢慢退出历史舞台。

因为固态硬盘和机械硬盘两者的结构完全不同,并且在读写速度上有质的飞跃。一般来说机械硬盘的读写速度在60 ~ 170MB/s之间,而固态硬盘的速度可超过540MB/s左右。所以,在文件传输读写、系统运行等方面。固态硬盘效率远大于机械硬盘。

存储原理导致的寿命差异

首先得承认一个事实,就是SSD固态硬盘寿命不如机械硬盘。 固态硬盘的寿命是按读写次数算的,一般在10万次左右。而机械硬盘的寿命则是按小时计算的,一般在3-5万小时左右。两者很难比较,但如果是长期存放数据,那么机械硬盘则优于固态硬盘。

简单说下工作原理差别:

  • 机械硬盘的写入方式是覆盖
  • 固态硬盘的写入方式则是擦除后重新写入

闪存上每一个电闸都有一定的写入次数限制,寿命结束后会无法写入变成只读状态,读取并不会导致SSD固态硬盘寿命的减少,只有写入才会!举个简单的例子,一块256GB的SSD固态硬盘,只要你不是暴力把他弄坏了,他是可以写入760TB的文件才会因为过多写入损坏,如果你每天写200G的数据进去,这块硬盘能够正常使用10多年,如果你每天暴力写入数据2TB,也可以正常使用一年,但是正常情况下是写不下那么多数据的。

固态硬盘数据损坏后是难以修复救回资料的。当负责存储资料的闪存颗粒有毁损时,现在的数据修复技术很难在损坏的半导体芯片中救回资料,相反传统机械硬盘还能通过扇区恢复技术挽回许多资料,当然机械硬盘的数据救回服务收费极度高昂,通常只有企业在挽救重要价值资料时会使用。

静置时资料消失

JEDEC固态技术协会主席Alvin Cox于2015年的一份报告中探讨SSD长期不使用静置时资料的消失特性,时间长短与气温有相关性,根据英特尔(Intel)所提供的温度与资料保存的研究报告显示只要存放温度提高5度,资料保存时间就会缩短一半。在消费级SSD的标准状况下,于40度的运作温度中写入资料后于30度的温度下静置不通电可保存资料52周,大约相当于一年时间。温度越高时保存时间短,实验执行到55度气温的保存情境下,而一般人几乎不会遇到此温度。

事实上就较少使用的“冷资料”存储来说,SSD原本就不符合存储容量效益,一般的大量资料归档保存,还是以机械硬盘、磁带较为适当。同时较新的MLC型SSD已经大幅改善这问题,而基本之道还是尽量将SSD多多使用,作为随身硬盘时也经常接入使其通电,避免长期静置。

机械硬盘与固态硬盘的接口

机械硬盘数据接口

机械硬盘的接口目前主要是SATA,而服务器大豆使用SAS接口,而我购买的第一台笔记本上使用的是IDE接口(目前已经被淘汰)。

  • ATA全称Advanced Technology Attachment(又名IDE,PATA硬盘),是用传统的40-pin并口数据线连接主板与硬盘的,接口速度最大为133MB/s,因为并口线的抗干扰性太差,且排线占用空间较大,不利电脑内部散热,已逐渐被SATA所取代。
  • SATA全称Serial ATA,也就是使用串口的ATA接口,特点是抗干扰性强,对数据线的要求比ATA低很多,且支持热插拔等功能。SATA-II的接口速度为300MiB/s,而新的SATA-III标准可达到600MiB/s的传输速度。

  • SAS全称Serial Attached SCSI,是新一代的SCSI技术,可兼容SATA硬盘,同样支持热插拔,采用序列式技术以获得更高的传输速度,可达到12Gb/s,盘片转速也较快。通常应用于服务器等企业级产品。此外,由于SAS硬盘可以与SATA硬盘共享同样的背板,因此在同一个SAS存储系统中,可以用SATA硬盘来取代部分昂贵的SAS硬盘,节省整体的存储成本。但SATA存储系统并不能连接SAS硬盘。

固态硬盘数据接口

目前,固态硬盘的接口主要有SATA、mSATA、PCIe、m.2四种。

SATA

SATA(Serial Advanced Technology Attachment)是一种电脑总线,负责主板和大容量存储装置(如硬盘及光驱)之间的数据传输,主要用于个人电脑。其于2000年11月由国际串列式ATA组织所制定,取代旧式PATA接口,因采用串行方式传输数据而得名。在数据传输上这一方面,SATA的速度比以往更加快捷,并支持热插拔。

2003年1月7日SATA 1.0推出,为第一代SATA接口,传输速度为1.5Gbit/s;2004年SATA 2.0正式推出,符合ATA-7规范,传输速度为1.5Gbit/s;2009年5月26日SATA 3.0完成最终规格发布,相比上代速率提升至6Gbit/s。后面还推出了SATA 3.1、SATA 3.2、SATA 3.3,但速率上并没有提升,只是新增了一些功能。在固态硬盘刚诞生的时候,有固态硬盘就采用了SATA 2.0接口,不过,目前市面上的SATA固态硬盘基本都采用了SATA 3.0接口。

相比于其他接口,SATA接口最大的优势便在于它的兼容性。目前,很多主板以及一些笔记本电脑都保留了SATA接口,这意味着,几乎所有的电脑都能支持SATA接口固态硬盘升级。而相对于传统机械硬盘而言,SATA接口的固态硬盘表现也不差,在随机读写速度上都有巨大的提升。不过,由于SATA接口的最大传输速度的限制,SATA接口的固态硬盘读写速度普遍只能达到500MB/s,在随机读写速度上,一般也不超过10万IOPS,对于追求性能来说的人来说,这显然是无法满足的。

mSATA

mSATA接口是针对超极本的轻薄设备而开发的,通俗点讲就是缩小版的SATA固态硬盘,而本质上仍然是SATA固态硬盘。

PCIe

为了解决SATA固态硬盘的速度瓶颈,很多固态硬盘厂商将目光瞄向了电脑主机板上的PCIe接口,希望通过PCIe比SATA大得多的频宽来获得更快的速度。实际结果也不负期待,PCIe接口固态硬盘确实非常快。PCIe属于高速串行点对点双通道高带宽传输,所连接的设备分配独享通道带宽,不共享总线带宽,主要支持主动电源管理,错误报告,端对端的可靠性传输,热插拔以及QOS等功能。它的主要优势就是数据传输速率高,而且还有相当大的发展潜力。

目前PCIe硬盘接口通道有PCIe 2.0×2和PCIe 3.0×4两种,最大速度可达32Gbps。而且早期PCIe不能做启动盘的问题已经解决,现在旗舰级SSD大多会选择PCIe接口。只是,出于体积、兼容性和制造成本的限制,再加上会占用主机板接口,所以它注定无法大范围普及。所以,目前市面上PCIe接口的固态硬盘并不多。

M.2

M.2接口是Intel推出的一种替代mSATA的新的接口规范,可以兼容多种通信协议,如sata、PCIe、USB、HSIC、UART、SMBus等。

M.2接口的固态硬盘宽度22mm,单面厚度2.75mm,双面闪存布局也不过3.85mm厚,但M.2具有丰富的可扩展性,最长可以做到110mm,可以提高SSD容量。M.2 SSD与mSATA类似,也是不带金属外壳的,常见的规格有主要有2242、2260、2280三种,宽度都为22mm,长度则各不相同。

不仅仅是长度,M.2的接口也有两种不同的规格,分别是“socket2”(B key)和”socket3”(M key)。看似都是M.2接口,但其支持的协议不同,对速度的影响可以说是千差万别,M.2接口目前支持两种通道总线,一个是SATA总线,一个是PCI-E总线。当然,SATA通道由于理论带宽的限制,极限传输速度也只能到600MB/s,但PCI-E通道就不一样了,理论硬盘接口速度高达32Gb/s。所以看似都为M.2接口,但走的“道儿”不一样,速度自然也就有了差别。

由于很好的平衡了速度、体积和成本等优势,M.2接口的固态硬盘已经成为主流,尤其在笔记本电脑领域中得到广泛利用。

机械固态混合硬盘SSHD

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。简单的说,混合硬盘就是一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘,除了机械硬盘必备的碟片、马达、磁头等等,还内置了NAND闪存颗粒,这颗颗粒将用户经常访问的数据进行储存,可以达到如SSD效果的读取性能 。从理论上来说,一块混合硬盘就可以结合闪存与硬盘的优势,完成HDD+SSD的工作:将小尺寸、经常访问的数据放在闪存上,而将大容量、非经常访问的数据存储在磁盘上。

读取速度快,但是没有写入缓存,4K写入性能很差。纯读取的时候,性能和SSD几乎没有区别。 对于大量写入的场合并不会比普通硬盘更慢,因为大缓存除了加快读取速度,更重要的作用是减少磁头的寻道动作,正常应用场景下的大量写入通常配合着大量读取的动作,如安装应用软件,需要解压缩安装包(读取密集)并写入到安装目录(写入密集),而不是如一般测试软件那样生成随机数据。此时闪存缓存承担了机械部分的读取动作,减少了磁头从数据源(安装包)到目标文件(安装目录)的移动次数,从而大大减少操作所需的时间。在随机小文件访问中,寻道(Seeking)所花费的时间远比真正的读写动作多,这也是机械硬盘对磁盘碎片敏感,小文件操作性能不佳的终极原因。SSHD大大减少了读取及读写混合操作时的寻道次数,从而获得在部分测试软件中难以体现,但实际应用中却颇为显著的性能提升。

SSHD中缓存算法最好的是希捷,东芝次之,西数较差。希捷的SSHD第二次运行就可以有明显的提升,将和SSD的差距由10~30倍缩小到5倍以内。

机械硬盘雷区:叠瓦盘

机械硬盘一般分为垂直盘(CMR)和叠瓦盘(SMR)。大部分非专业人士对于LMR、PMR和SMR等存储技术都比较陌生,为了更好地理解SMR技术,我们先简单讲解一下HDD的工作原理,以及LMR、PMR技术的大致原理。

机械硬盘顾名思义,其工作是依靠一系列机械结构完成的。这些机械结构最关键的部分包括存储数据的磁盘和读取、写入数据的磁头。

各标识含义:

  • A是磁道,多个磁盘的同一个磁道重叠起来叫做柱面,它包含了很多个扇区。
  • B是几何上的扇区,只做标示,此处无特殊含义。
  • C是扇区,扇区是磁盘的最小组成单元,通常是512字节(有的磁盘时4096字节)。
  • D是磁盘块(簇),块/簇是操作系统虚拟出来的概念,它由多个扇区组成。

一个磁盘上有上千个磁道,以同心圆的形式排列。磁道中排列着磁性颗粒,每个磁性颗粒通过不同的磁场方向,记录着二进制的0和1。磁盘运行时,磁盘被电机驱动旋转,磁头以纳米级的距离在磁盘上悬浮,通过检测或改变磁道上磁性颗粒的磁场方向而读取或写入数据。

所谓LMR、PMR、SMR技术,实质上是磁盘上磁道和磁性颗粒排布方式,以及在这种排布方式下读取、写入数据的技术。

最初,硬盘中的磁性颗粒横向被放置在磁道中,磁感应方向也是水平的,这就是LMR(水平磁记录)技术。这种技术有一个缺点——比较浪费磁盘面积。因为如果磁性颗粒太小,相互靠得太近,就很容易相互间干扰。

为了解决这个问题,工程师想到了将原来水平放置的磁性颗粒垂直放置,此时磁头的磁感应方向也相应变为竖直方向,这就是PMR(垂直磁记录)技术。这种技术可以非常有效地增加单位面积磁盘信息储量,3.5英寸单碟容量可达1TB。至今大部分HDD都运用了PMR技术。

随着时代的进步,信息的产生量持续增多,硬盘制造商依然不停地想方设法提高硬盘的存储效率,于是新的技术——SMR(叠瓦式磁性记录)技术应运而生。

SMR可以在PMR的基础上进一步大幅提升磁盘的容量,这是怎么做到的呢?难道说还有比竖直排布磁性颗粒更节约空间的方式吗?

实际上,在磁盘进行读写操作的时候,是通过读磁头和写磁头分别进行操作的。读写磁头的宽度不一样,写磁头的宽度比读磁头更宽,但二者要在同样的磁道内进行操作,这就导致磁道的宽度必须以较宽的写磁头的宽度为准。然而,实际上存储颗粒所需要占用的宽度很小,因此磁道的一部分宽度其实是被浪费的。此外,为了防止干扰,在磁道和磁道之间还保留有保护空间,这就导致,磁盘上可以用于存储信息的空间占比其实很小。

为了进一步增加信息存储密度,工程师开发了这样一种磁道排布方式——让磁道和磁道之间被浪费的空间重叠起来,就像瓦片相互叠落一样,这也是SMR的中文名称——叠瓦式技术的来源,非常形象。

通过这种叠层的操作,磁盘上磁道的密度大幅提升,因而信息存储密度得到了大幅提升。然而,这种磁道加密的方法是有代价的——由于磁道的间距过于狭窄,当一个区域已经存有信息,写磁头想要对某一条磁道的信息进行修改,那么势必要影响到相邻磁道的数据。解决这个问题相对比较复杂,除了在每组堆叠的磁道之间预留保护间隔,还需要在修改数据时,先将相邻磁道的数据备份出来,等本磁道数据修改完毕,再把相邻磁道的信息放回去。因此,SMR硬盘通常具有高达256MB的大缓存,用于在修改数据的时候存储相邻磁道的数据,相比之下一般磁盘的缓存只有64MB。

CMR、SMR的优缺点

从技术的差异来看,CMR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,因此,不论是写入还是读取,磁头都是从磁道上方经过,完成读写的操作。它的优点便是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。缺点是单碟容量低。

SMR的做法很简单,是在CMR的基础上将磁道的间隙拉近让一部分重叠起来,从而在盘片上容纳更多磁道,容量可以做得更大。但问题也随之而来,因为写入磁头要比读取磁头刷过的面积大,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,为此,SMR需要采用大容量的缓存区来放置数据。

总结SMR的优点是单碟容量更大,并且由于制造商生产制造成本下降,同容量SMR价格要比CMR硬盘便宜。缺点则是当存了太多数据后,即使微小的数据改动,也会反复迁移扇区内的数据,这将严重影响写入速度,并加速盘片和磁头的老化,数据丢失的风险也随之增加。而这也正是大家说「买盘别买叠瓦盘」的原因所在。

SMR硬盘能不能买?

这个问题得一分为二去看,从写入速度、安全、寿命等方面来看,SMR确实比不上CMR硬盘,不过也别忘了,它便宜并且容量更大。所以,对于主要是影音仓储、数据归档这些连续且少量擦写操作的需求来说,价格更实惠的SMR或许要更加适合。而如果是用作工作盘、游戏或系统盘,自然是CMR硬盘更稳妥。

如何判定是否是叠瓦盘?

SMR 通常是大缓存、大容量,但是这不是绝对的,所以并不靠谱。好在机械硬盘的制造商目前主要剩3家,想要找到相应的资料相对方便些。

  • 西部数据(Western Digital)和其子公司昱科环球存储(HGST)
    • 日立环球存储科技:2011年被西部数据收购,并改名为昱科环球存储(HGST)。
      • IBM:2003年硬盘部门被日立收购。
    • 希捷(Seagate)
      • 康诺(Conner):1996年被希捷收购。
      • 迈拓(Maxtor):2006年被希捷收购。
        • 昆腾(Quantum):2000年硬盘部门被迈拓收购。
      • 三星电子(Samsung):2013年硬盘业务被希捷收购。
    • 东芝(Toshiba)
      • 富士通(Fujitsu):2009年2月18日硬盘部门被东芝收购。

新的硬盘型号,我们可以在官网查询了:希捷西数东芝

叠瓦盘速查表

西部数据 Blue 蓝盘系列:定位消费级,最大容量8T,基本上以叠瓦为主。

西部数据 Purple 紫盘系列:定位监控级,最大容量18T,全线无叠瓦

西部数据 Red 红盘系列:定位NAS级,最大容量20TB

西部数据 Black 黑盘系列 & Gold 金盘系列:定位专业游戏 & 企业级

西部数据 HC系列:定位数据中心企业级

希捷 Barracuda 酷鱼系列:定位消费级

希捷 SkyHawk 酷鹰系列:定位监控级

希捷 IronWolf 酷狼系列:定位NAS级,全线垂直,还送数据恢复服务

希捷 Exos 银河系列:定位企业级,全线垂直,现已提供20TB超大杯

东芝

固态硬盘盲区:存储颗粒

由于闪存颗粒中存储密度存在差异,所以闪存又分为SLC、MLC、TLC和QLC。简单的说,NAND闪存的基本原理,QLC容量大,但性能也变差了。

  • SLC:全称Single-Level Cell,每个Cell单元只存储1bit信息,也就是只有0、1两种电压变化,结构简单,电压控制也快速,反映出来的特点就是寿命长,性能强,P/E寿命在1万到10万次之间,但缺点就是容量低,成本高,毕竟一个Cell单元只能存储1bit信息。
  • MLC:全称是Multi-Level Cell,它实际上是跟SLC对应的,SLC之外的NAND闪存都是MLC类型,而我们常说的MLC是指2bit MLC。每个cell单元存储2bit信息,电压有000,01,10,11四种变化,所以它比SLC需要更复杂的的电压控制,加压过程用时也变长,意味着写入性能降低了,同时可靠性也下降了,P/E寿命根据不同制程在3000-5000次不等,有的还更低。
  • TLC:也就是Trinary-Level Cell了,准确来说是3bit MLC,每个cell单元存储3bit信息,电压从000到111有8种变化,容量比MLC再次增加1/3,成本更低,但是架构更复杂,P/E编程时间长,写入速度慢,P/E寿命也降至1000-3000次,部分情况会更低。
  • QLC:则是Quad-Level Cell,或者叫4bit MLC,电压从0000到1111有16种变化,容量增加了33%,但是写入性能、P/E寿命会再次减少。

NAND闪存技术:2D NAND和3D NAND

随着晶圆物理极限的不断迫近,固态硬盘上单体的存储单元内部的能够装载的闪存颗粒已经接近极限了,更加专业的术语表述就是单die能够装载的颗粒数已经到达极限了,要想进一步扩大单die的可用容量,就必须在技术上进行创新。于是,3D NAND技术也就应运而生了。在解释3D NAND之前,我们先得弄清楚2D NAND是什么,以及“2D”和“3D”的真实含义。

首先是2D NAND,我们知道在数学和物理领域,2D/3D都是指的方向,都是指的坐标轴,“2D”指的是平面上的长和宽,而“3D”则是在“2D”基础上,添加了一个垂直方向的“高”的概念。由此,2D NAND真实的含义其实就是一种颗粒在单die内部的排列方式,是按照传统二维平面模式进行排列闪存颗粒的。相对应的,3D NAND则是在二维平面基础上,在垂直方向也进行颗粒的排列,即将原本平面的堆叠方式,进行了创新。利用新的技术(即3D NAND技术)使得颗粒能够进行立体式的堆叠,从而解决了由于晶圆物理极限而无法进一步扩大单die可用容量的限制,在同样体积大小的情况下,极大的提升了闪存颗粒单die的容量体积,进一步推动了存储颗粒总体容量的飙升。

同时,在业界,根据在垂直方向堆叠的颗粒层数不同,和选用的颗粒种类不同,3D NAND颗粒又可以分为32层、48层甚至64层 3D TLC/MLC颗粒的不同产品,这取决于各大原厂厂商的技术储备和实际选用的颗粒种类。

我们可以打个比方,来理解2D NAND和3D NAND技艺之间的区别和联系。

  • 2D NAND就如同在一块有限的平面上建立的数间平房,这些平房整齐排列,但是随着需求量的不断增加,平房的数量不断井喷,可最终这块面积有限的平面只能容纳一定数量的平房而无法继续增加;
  • 3D NAND则就如同在同一块平面上盖起的楼房,在同样的平面中,楼房的容积率却远远高于平房,因而它能提供更多的空间,也就是提供了更大的存储空间,而32层、48层以及64层,则就是这些楼房的高度,一共堆叠了多少层。

虽然,3D NAND技术能够在同等体积下,提供更多的存储空间,但是这项堆叠技术对于原厂制造商来说有着相当的操作难度,需要原厂有着相当的技术积累,因而目前能够掌握3D NAND技术的原厂公司十分少见,只有三星、美光等少数公司的3D NAND颗粒实现了量产和问世。

固态硬盘的选择:三星&Intel

关于固态硬盘,只推荐三星和英特尔,虽然价格高,但是不容易坏。

三星

三星固态硬盘PRO和EVO简单来说定位有所区别:

  • PRO:用的闪存颗粒是Samsung V-NAND 2bit MLC
  • EVO:用的是闪存颗粒是Samsung V-NAND 3bit MLC,而实际Samsung V-NAND 3bit MLC就是3D TLC颗粒。
  • QVO:用的是QLC颗粒

所以可以总结为:PRO主要采用的是可靠性和性能非常出色的MLC NAND颗粒,EVO而采用的是性价比且可靠性也非常高的3D TLC NAND颗粒。

英特尔

命名规则:

  • p头是pcie口(u.2,m.2,pcie),企业盘
  • s头是sata口,企业盘
  • 数字头+p是pcie口,家用盘

硬盘相关知识点

4K对齐

  • 机械硬盘:4K对齐是一种高级硬盘使用技术,用特定方式将文件系统格式与硬盘的电磁物理结构进行搭配,以提高硬盘寿命并提高使用硬盘空间的效率。因该技术将磁盘片物理扇区与文件系统的每簇(Cluster, 簇)共4096字节相互对齐而得名。

在磁盘发展早期,每扇区为512字节比较适合当时硬盘的储存结构。但随着单盘容量的增加,储存密度的上升会明显降低磁头读取磁盘的信噪比,虽然可以用ECC校验保证数据可靠性,但消耗的空间会抵消储存密度上升带来的多余空间。所以提出以4KB为一个扇区为主的改变。现时硬盘厂商新推出的硬盘,都将遵循先进格式化(4KB扇区)的设计以对应新的储存结构和文件系统问题。

  • 固态硬盘:相对于机械硬盘来说,4K对齐对于固态硬盘意义更大,现时的固态硬盘多为使用NAND Flash闪存作存储核心,该闪存具有删除、写入次数限制,当次数用完后该固态硬盘便会性能下降甚至报废;当然很多厂商设计固态硬盘存储方式为不在短时间内删除写入同一个位置,尝试全面均匀使用每一个扇区以达到期望寿命,然而在没有4K对齐的电脑上这将会使固态硬盘寿命快速下降。

MBR和GPT

  • 主引导记录(Master Boot Record,缩写:MBR),又叫做主引导扇区,是电脑引导后访问硬盘时所必须要读取的首个扇区,主引导扇区记录着硬盘本身的相关消息以及硬盘各个分割的大小及位置消息,是资料消息的重要入口。如果它受到破坏,硬盘上的基本数据结构消息将会丢失,需要用繁琐的方式试探性的重建数据结构消息后才可能重新访问原先的资料,对于那些扇区为512位组的磁盘,MBR分割表不支持容量大于2TB(2.2×1012字节)的扇区[5]。
  • 全局唯一标识分区表(GUID Partition Table,缩写:GPT)是一个实体硬盘的分区表的结构布局的标准。它是可扩展固件接口(EFI)标准(被Intel用于替代个人计算机的BIOS)的一部分。GPT分配64bits给逻辑块地址,因而使得最大分区大小为264-1个扇区。对于每个扇区大小为512字节的磁盘,相当于4ZB(9.4 x 1021字节)或8 ZiB-512字节(9,444,732,965,739,290,426,880字节或 18,446,744,073,709,551,615(264-1)个扇区x 512(29)字节每扇区)。

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