第5章 外存储器课件.pptx

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1、第五章 外存储器1第5章 外存储器21认识硬盘的分类2硬盘的结构3硬盘的主要技术指标4硬盘的选购5硬盘常见故障与处理6光驱与硬盘7移动存储器第5章 外存储器硬盘 外储存器是指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器，此类储存器一般断电后仍然能保存数据。常见的外存储器有硬盘、软盘、光盘、U盘等。在计算机外存储设备中，硬盘是使用率最高、最主要的存储介质，它担负着与内存交换信息的任务。硬盘具有比其他存储器大得多的存储容量，硬盘中存放着操作系统、应用程序、用户重要数据，一旦损坏，将给用户带来巨大损失，因此用户一定要选一块高质量的硬盘，使用时一定要保护好硬盘。3第5章 外存储器学习目标 通过对本章内容的学习

2、，学生应该能够熟悉硬盘的分类、结构，掌握硬盘、光驱的主要技术指标。能够根据用户需求选购不同的硬盘，同时对硬盘常见故障进行处理。熟悉光驱、光盘的类型以及结构，熟悉移动存储器的分类。4第5章 外存储器认识硬盘的分类 目前，计算机的硬盘可按接口类型、存储技术、盘径尺寸和应用场合等进行分类。1.按接口类型分类 硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度，在整个系统中，硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。按与计算机之间的数据接口类型分类，可将硬盘划分为以下几大类。51第5章 外存储器6认识硬盘的分类（1）I

3、DE接口的硬盘IDE的英文全称为“Integrated Drive Electronics”，即“电子集成驱动器”，它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容。对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展，性能也不断的提高，其拥有的价格低廉、兼容性强的特点，为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位。61第5章 外存储器认识硬盘的分类平常所说的IDE接口，也称之为A

4、TA接口。ATA的英文拼写为“Advanced Technology Attachment”，含义是“高级技术附加装置”。ATA接口最早是在1986年由康柏、西部数据等几家公司共同开发的，在九十年代初开始应用于台式机系统。它使用一个40芯电缆与主板进行连接，最初的设计只能支持两个硬盘。ATA接口从诞生至今，共推出了7个不同的版本，分别是：ATA-1（IDE）、ATA-2（EIDE/Fast ATA）、ATA-3（FastATA-2）、ATA-4（ATA 33）、ATA-5（ATA 66）、ATA-6（ATA 100）、ATA-7（ATA 133）。IDE接口硬盘的外观如图5-1所示。如今，ID

5、E接口硬盘已经退出市场。71图5-1 IDE接口硬盘第5章 外存储器认识硬盘的分类（2）Serial ATA接口的硬盘 Serial ATA简称SATA，使用SATA接口口的硬盘又叫串口硬盘， SATA硬盘接口很小，连接线小巧，串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点，是主流的接口类型。Serial ATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区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，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。81第5章 外存储器认识硬盘的分类串口硬盘是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，由于

6、采用串行方式传输数据而知名。相对于并行ATA来说，就具有非常多的优势。首先，SATA以连续串行的方式传送数据，一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。其次，SATA的起点更高、发展潜力更大，SATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s，这比最新的并行ATA（即ATA 133）所能达到133MB/s的最高数据传输率还高，而在SATA 2.0的数据传输率将达到300MB/s，最终SATA 3.0将实现600MB/s的最高数据传输率。SATA接口硬盘的外观如图5-2所示。91图5-2 SATA接口硬盘第5章 外存储器认识硬盘的分类（3）SCSI

7、接口的硬盘SCSI硬盘是采用SCSI接口的硬盘，SCSI是Small Computer System Interface（小型计算机系统接口）的缩写，使用50针接口，外观和普通硬盘接口有些相似。SCSI并不是专门为硬盘设计的接口，而是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI硬盘和普通IDE硬盘相比有很多优点：接口速度快，并且由于主要用于服务器，因此硬盘本身的性能也比较高，硬盘转速快，缓存容量大，CPU占用率低，扩展性远优于IDE硬盘，并且支持热插拔。它由于性能好、稳定性高，因此在服务器上得到广泛应用。同时其价格也不菲，正因它的价格昂贵，所以在普通PC上很少见到它的踪迹。SCSI接口硬

8、盘的外观如图5-3所示。101第5章 外存储器认识硬盘的分类111图5-3 SCSI接口硬盘第5章 外存储器认识硬盘的分类（4）SAS接口的硬盘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，此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，并且提供与SATA硬盘的兼容性。和传统并行SCSI接口比较起来，SAS不仅在接口速度上得到显著提升。SAS刚起步速度就达到300MB/s，

9、未来会达到600MB/s甚至更多，而且由于采用了串行线缆，不仅可以实现更长的连接距离，还能够提高抗干扰能力，并且这种细细的线缆还可以显著改善机箱内部的散热情况。硬盘SAS接口与数据线如图5-4所示。121第5章 外存储器认识硬盘的分类131图5-4 硬盘SAS接口与数据线第5章 外存储器认识硬盘的分类（5）SATA Express（SATA-E）接口的硬盘SATA 6Gbps早已经成为高性能固态硬盘前进的拦路虎，卡死了其读写速度的进一步提升，转向PCI-E接口似乎成了唯一的出路。其实，SATA-IO组织早已经制定了解决方案，这就是“SATA Express”（以下简称SATA-E）。并于201

10、3年批准。SATA-E使用两个PCI-E 2.0通道，提供高达10Gbit/s的数据传输速度。SATA-E并不是全新设计的接口，是SATA接口的升级版，在主板一端，由两个标准SATA接口加1个小型的SATA接口组成。SATA-E设备将直接从电源取电，即需要额外的供电输入。其连接示意图如图5-5所示。141第5章 外存储器认识硬盘的分类151图5-5 SATA-E接口连接示意图第5章 外存储器认识硬盘的分类（6）mSATA接口的固态硬盘mSATA接口的诞生，是为了更适应于超极本这类超薄设备的使用环境。可以把它看作标准SATA接口的mini版，依然执行的是SATA协议，mSATA接口是SSD小型化

11、的一个重要过程，不过mSATA依然没有摆脱SATA接口，依然是SATA通道，速度是6Gbps。诸多原因没能让mSATA接口火起来，反而被更具升级潜力的M.2 SSD接口所取代。mSATA接口的固态硬盘如图5-6所示。161图5-6 mSATA接口的固态硬盘第5章 外存储器认识硬盘的分类（7）M.2接口的固态硬盘 M.2接口原名为NGFF接口，它是为笔记本电脑制订的新一代接口标准，用以取代原来的mSATA接口。M.2接口有丰富的可扩展性，从最短30mm开始，最长可以做到110mm，可以提高SSD容量。单面厚度为2.75mm，双面闪存布局厚度不超过3.85mm。此外，M.2接口可以同时支持SATA

12、及PCI-E通道，后者更容易提高带宽。如果是采用SATA通道的M.2接口固态硬盘，则读写速度在550MB/s左右。M.2有两种接口定义：Socket2和Socket3。Socket2支持SATA、PCI-E2通道的SSD，Socket3专为高性能存储设计，支持PCI-E4，最大理论读写速度高达4000MB/s。M.2接口的固态硬盘如图5-7所示。171第5章 外存储器认识硬盘的分类181图5-7 M.2接口的固态硬盘第5章 外存储器认识硬盘的分类（8）PCI-E接口的固态硬盘PCI-E固态硬盘也称固态存储卡。在传统SATA硬盘中，当我们进行数据操作时，数据会先从硬盘读取到内存，再将数据提取至C

13、PU内部进行计算，计算后写入内存，存储至硬盘中。PCI-E固态硬盘就不一样了，数据直接通过总线与CPU直连，接近最大的传输速度，最大的数据量，省去了内存调用硬盘的过程。目前PCI-E硬盘接口通道有PCI-E 2.0 2及PCI-E 3.0 4两种，最大速度达到32Gbps。PCI-E固态硬盘很像显卡，具备超高速读写速度和随机读写性能，由于SATA接口速率的限制，未来SSD的发展方向可能会倾向于PCI-E接口。PCI-E接口的固态硬盘如图5-8所示。191第5章 外存储器认识硬盘的分类201图5-8 PCI-E接口的固态硬盘第5章 外存储器认识硬盘的分类2.按存储技术分类（1）机械硬盘机械硬盘采

14、用IBM公司的温彻斯特技术，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成，这些碟片外覆盖有铁磁性材料。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。机械硬盘的外观如图5-9所示。211图5-9 机械硬盘第5章 外存储器认识硬盘的分类（2）固态硬盘（Solid State Disk或Solid State Drive，SSD）固态硬盘（Solid State Disk或Solid State Drive，SSD）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。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

15、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（-4085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、导航设备等领域。目前由于成本较高，正在逐渐普及到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。基于闪存的固态硬盘采用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

16、合于个人用户使用。221第5章 外存储器认识硬盘的分类基于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。常见固态硬盘的外观如图5-10所示。231图5-10 固态硬盘第5章 外存储器认识硬盘的分类（3）混合固态硬盘混合硬盘（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

17、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。混合硬盘将闪存模块直接整合到硬盘上，就会发现新一代的混合硬盘不仅能提供更佳的性能，还可减少硬盘的读写次数，从而使硬盘耗电量降低，特别是使笔记本电脑的电池续航能力提高。由于一般混合硬盘仅内置256MB的SLC闪存，因此成本不会大幅提高。同时混合硬盘亦采用传统磁性硬盘的设计，因此没有固态硬盘容量小的不足。目前通常使用的闪存是NAND闪存，混合硬盘是处于磁性硬盘和固态硬盘中间的一种解决方案。241

18、第5章 外存储器认识硬盘的分类3.按盘径尺寸分类台式机和便携机使用的硬盘按内部盘径尺寸分为3.5in和2.5in两种，目前3.5in硬盘的容量为500GB16TB，2.5in硬盘的容量为250GB4TB。4.按应用场合分类硬盘按应用场合分为普通硬盘、企业级硬盘、监控级硬盘和笔记本电脑硬盘，其中企业级硬盘、监控级硬盘对应用都有特殊要求，因此价格也高于普通级硬盘。251第5章 外存储器硬盘的结构自从IBM公司在1956年推出世界上第一块硬盘至今，硬盘的温彻斯特结构就一直没有改变。除了容量不断增加外，其他各方面性能一直无法得到更有效的提高。例如，主流硬盘的转速已在7200r/min停留了许多年，可以

19、说，硬盘的性能已经在一定程度上限制了PC系统整体性能的提升。硬盘的性能能否快速提高，主要受制于其机械结构。262第5章 外存储器机械硬盘的结构1.机械硬盘的外部结构从外观上看，机械硬盘是一个密封式的金属盒，主要有电源接口、数据接口、控制电路板、固定盖板、安装螺孔和产品标签等组成，如图5-11所示。272.1图5-11 硬盘的外部结构第5章 外存储器机械硬盘的结构（1）电源接口电源接口与主机电源相连，为硬盘的正常运转提供持续的电力供应。IDE硬盘的电源接口为4针，而SATA硬盘的电源接口为15针。（2）数据接口数据接口是硬盘与主板控制芯片之间进行数据传输交换的通道，通过专用的数据线与主板上相应接

20、口进行连接。数据接口根据连接方式的差异，分为IDE、SATA等接口。IDE接口为40针，SATA接口为4针。282.1第5章 外存储器29机械硬盘的结构（3）控制电路板 控制电路板一般裸露在硬盘下表面，以利于散热。也有少数硬盘将其完全封装以更好地保护各种控制芯片，同时还可以降低噪音。硬盘的控制电路板包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、高速缓存、控制与接口电路等，控制电路板上有主控芯片、电动机控制芯片和缓存芯片等。292.1第5章 外存储器机械硬盘的结构（4）固定盖板固定盖板实际是硬盘的面板。面板上标注有产品的型号、产地、设置数据等，和底板结合成一个密封的整体，保证硬盘盘片和机构

21、的稳定运行。（5）安装螺孔安装螺孔用于硬盘的安装，对于3.5in硬盘，固定盖板和侧面都有安装螺孔，可以方便灵活地安装。（6）产品标签一般在硬盘的正面都贴有硬盘的标签，标签上一般都标注着与硬盘相关的信息，如型号、容量、接口类型、缓存数量、产地、出厂日期、产品序列号等。302.1第5章 外存储器机械硬盘的结构2.机械硬盘的内部结构打开硬盘金属壳，可以见到里面的磁盘盘片、主轴、主轴电动机、磁头、磁头臂、音圈电动机、永磁铁等部件，如图5-12所示。312.1图5-12 硬盘的内部结构第5章 外存储器机械硬盘的结构（1）磁盘盘片 磁盘盘片是硬盘中承载数据存储的载体，硬盘是由多个盘片叠加在一起，互相之间由

22、垫圈隔开。硬盘盘片是以坚固耐用的材料为盘基，其上在附着磁性物质，表面被加工的相当平滑。因为盘片在硬盘内部高速旋转，因此制作盘片的材料硬度和耐磨性要求很高，所以一般采用合金材料，多数为铝合金。 磁盘盘片是随着硬盘的发展而不断进步的，早期的磁盘盘片都是使用塑料材料作为盘基，然后再在塑料盘基上涂上磁性材料就构成了硬盘的盘片。后来随着硬盘转速和容量的提高又出现的金属盘基的盘片，金属材料的盘基具有更高的记录密度、更强的硬度，在安全性上也要强于塑料盘基。目前市场中主流的硬盘都是采用铝材料的金属盘基。322.1第5章 外存储器33机械硬盘的结构（2）读写磁头组件 这个组件是硬盘中最精密的部位之一，它由读写磁

23、头、传动手臂、传动轴三部份组成。磁头是硬盘技术中最重要和关键的一环，实际上是集成工艺制成的多个磁头的组合，它采用了非接触式头、盘结构，加后电在高速旋转的磁盘表面移动，与盘片之间的间隙只有0.10.3m，这样可以获得很好的数据传输率。现在转速为7200r/min的硬盘飞高一般都低于0.3m，以利于读取较大的高信噪比信号，提高数据传输率的可靠性。332.1第5章 外存储器机械硬盘的结构（3）磁头驱动结构 硬盘的寻道是靠移动磁头，而移动磁头则需要该机构驱动才能实现。磁头驱动机构由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成，高精度的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确

24、定位到系统指令指定的磁道上，保证数据读写的可靠性。 其中电磁线圈电机包含着一块永久磁铁，这是磁头驱动机构对传动手臂起作用的关键。防震动装置的作用是当硬盘受动强裂震动时，对磁头及盘片起到一定的保护使用，以避免磁头将盘片刮伤等情况的发生。342.1第5章 外存储器35机械硬盘的结构（4）主轴组件 主轴组件包括主轴部件如轴承和驱动电机等，轴承决定一款硬盘的噪音表现，而驱动电机决定性能。从滚珠轴承到油浸轴承再到液态轴承，硬盘轴承处于不断进步中，目前液态轴承已经成为市场的主流，得到众多厂商的支持。由于采用液体作为轴承，金属之间不直接摩擦，这样不但可以延长主轴的寿命、减少发热，而且最重要的是实现了硬盘噪声

25、控制的突破。至于驱动电机，其直观理解就是磁头转动的速度，速度越高，扫过的盘体面积越大，读写速度也会相应提高。352.1第5章 外存储器机械硬盘的结构3.硬盘的特点现在的硬盘都是按“温彻斯特”技术制造，有以下特点。（1）磁头、盘片及运动机构密封。没有专门设备不允许打开硬盘盒，否则，硬盘极易报废。（2）固定并高速旋转的硬盘片表面平整光滑。（3）磁头沿盘片径向移动。（4）磁头对盘片接触式启停，工作时呈飞行状态不与盘片接触。故硬盘工作时不容许剧烈震动。362.1第5章 外存储器固态硬盘的结构固态硬盘（Solid State Drive），简称SSD（固盘），是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制

26、单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）以及缓存单元组成。区别于机械硬盘由磁盘、磁头等机械部件构成，整个固态硬盘结构无机械装置，全部是由电子芯片及电路板组成。1.固态硬盘结构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主控芯片，缓存芯片和用于存储数据的闪存芯片。如图5-13所示。372.2图5-13 固态硬盘及其组成第5章 外存储器固态硬盘的结构（1）主控芯片正如同CPU之于PC一样，主控芯片其实也和CPU一样，是整个固态硬盘的核心器件。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

27、转，连接闪存芯片和外部SATA接口。不同的主控芯片之间能力相差非常大，在数据处理能力、算法上，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产生很大的差距。382.2第5章 外存储器固态硬盘的结构（2）闪存芯片作为硬盘，存储单元绝对是核心器件。在固态硬盘里面，闪存颗粒则替代了机械磁盘成为了存储单元。在固态硬盘中，NAND闪存因其具有非易失性存储的特性，即断电后仍能保存数据，被大范围运用。根据NAND闪存中电子单元密度的差异，又可以分为SLC（单层次存储单元）、MLC（双层存储单元）以及TLC(三层存储单元)，此三种存储单元在寿命以及造价上有着明显的区别。SLC写入数

28、据时电压变化区间小，寿命长，读写次数在10万次以上，造价高，多用于企业级高端产品。MLC使用高低电压的而不同构建的双层电子结构，寿命长，造价可接受，多用民用高端产品，读写次数在5000左右。TLC是MLC闪存延伸，存储密度最高，容量是MLC的1.5倍，造价成本最低，使命寿命低，读写次数在10002000左右，是当下主流厂商首选闪存颗粒。392.2第5章 外存储器固态硬盘的结构（3）缓存芯片主控芯片旁边的是缓存芯片，缓存芯片用来辅助主控芯片进行数据处理，提高读写速率。有些廉价固态硬盘为了节省成本，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。402.2第5章 外存储器固态硬盘的结构2.

29、固态硬盘的优缺点与机械硬盘比较，固态硬盘具有以下优点。（1）读写速度快。采用闪存作为存储介质，读取速度相对机械硬盘更快。固态硬盘不用磁头，寻道时间几乎为0。持续写入的速度非常惊人。（2）防震抗摔性。由于固态硬盘使用闪存颗粒制作而成，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。相较传统硬盘，固态硬盘占有绝对优势。（3）体积小。相比传统的机械硬盘，固态硬盘体积更小，重量更轻，方便携带。（4）低功耗、无噪音。固态硬盘的功耗上要低于传统硬盘。固态硬盘没有机械马达和风扇，工作时噪音值为0分贝，基于闪

30、存的固态硬盘在工作状态下能耗和发热量较低。（5）工作温度范围大。典型的硬盘驱动器只能在555摄氏度范围内工作。而大多数固态硬盘可在-1070摄氏度工作。412.2第5章 外存储器固态硬盘的结构与机械硬盘 比较，固态硬盘有以下缺点。（1）容量小。考虑到成本因素，固态硬盘容量一般不大。台式机里用作系统盘的固态硬盘，容量只有几百GB。（2）价格贵。按单位GB价格来算，固态硬盘价格是机械硬盘价格的数倍，甚至几十倍。不过，随着储存芯片价格的不断滑落，两者的价差会越来越小。（3）数据丢失不可恢复。一旦闪存芯片发生损坏，再想找回数据几乎是不可能的。而传统的机械硬盘，可以通过数据恢复技术也许能挽救一部分数据。

31、（4）寿命有限。固态硬盘虽说没有传统硬盘那样的机械结构，不存在磁头老化、磁盘坏道等问题，但由于采用了闪存作为存储介质，其有限的擦写次数是一大硬伤。以32nm工艺的闪存芯片为例，固态硬盘常见的闪存颗粒理论擦写寿命约为500010000次。422.2第5章 外存储器混合固态硬盘的结构混合固态硬盘是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。通过增加高速闪存来进行资料预读取，以减少从硬盘读取资料的次数，从而提高性能。需要注意的是，混合固态硬盘与固态硬盘虽然同样是利用闪存来提高读写性能，不过使用环境的要求各不相同，混合硬盘只有在Windows Vista或者Windows 7或更高系统下才能够发挥作用，在更

32、低版本系统如windows XP系统下和普通硬盘并无多大区别，固态硬盘则没有这个限制。固态硬盘是利用闪存来打造大容量的硬盘，只要主板兼容即可，即使利用Windows XP或其他更旧的操作系统，也一样能够获得性能上的提升。混合固态硬盘中的机械硬盘与普通机械硬盘没有区别，区别主要是混合硬盘的PCB基板上集成了SSD闪存和主控芯片，因此它的PCB基板面积更大，电子元器件更为密集，如图5-14所示。432.3第5章 外存储器混合固态硬盘的结构442.3图5-14 混合固态硬盘的内部结构第5章 外存储器硬盘的主要技术指标硬盘作为一种机械与电子相结合的设备，其本身融合了机械、电子、电磁等多方面的技术。而且

33、这些技术会对硬盘的使用性能、安全性等方面产生一定的影响，硬盘的技术指标有如下几个方面。1.容量硬盘的容量大小是衡量一块硬盘最重要的技术指标，是用户购买时最为关心的参数。硬盘的容量是由盘面数（磁头数）、柱面数和扇区数所决定的，其计算公式为：硬盘容量=盘面数柱面数扇区数512B。在硬盘内部往往有多个叠起来的磁盘片，多数硬盘由15张碟片组成，因此，硬盘容量还可以这样计算：硬盘容量=单碟容量碟片数。硬盘容量的单位为GB或TB，目前，主流硬盘的容量有500GB、1TB、2TB以及3TB以上等。硬盘的单碟容量对硬盘的性能有一定的影响，单碟容量越大，硬盘的密度就越高，磁头在相同时间内可以读取到的信息就越多。

34、因此，在硬盘总容量相同的情况下，要优先选购碟片少的硬盘。453第5章 外存储器硬盘的主要技术指标2.转速转速(Rotational 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因素之一，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高。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

35、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。较高的转速可缩短硬盘的平均等待时间和实际读写时间，但随着硬盘转速的不断提高也带来了温度升高、电机主轴磨损加大、工作噪音增大等负面影响。目前，家用的台式机硬盘的转速为5900RPM，7200RPM，10000RPM，笔记本硬盘的转速为5400RPM，7200RPM，服务器的硬盘转速基本采用10000RPM，甚至是15000RPM。463第5章 外存储器硬盘的主要技术指标3.缓存缓存是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存取速度

36、，是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器，也是硬盘的内部数据传输速度与外部传输速度的缓冲器。缓存的大小与速度直接关系到硬盘的传输速度，影响到硬盘的整体性能，其容量是KB或MB来表示。硬盘缓存可以加快硬盘的读写速度，同时也可以在一定程度上保护硬盘。硬盘的缓存主要起三种作用：预读取、对写入动作进行缓存、临时存储最后访问过的数据，目的是解决硬盘与计算机其他部件速度不匹配的问题。目前，硬盘缓存的容量为2MB、8MB、16MB、32MB、64MB、128MB或者更大。理论上，硬盘的缓存容量越大越好。473第5章 外存储器48硬盘的主要技术指标4.数据传输速率硬盘数据传输率（Data Transfer Ra

37、te）简称DTR。硬盘数据传输率表现出硬盘工作时数据传输速度，是硬盘工作性能的具体表现，它并不是一成不变的而是随着工作的具体情况而变化的。在读取硬盘不同磁道、不同扇区的数据，数据存放的是否连续等因素都会影响到硬盘数据传输率。因为这个数据的不确定性，所以厂商在标示硬盘参数时，更多是采用外部数据传输率和内部数据传输率。483第5章 外存储器硬盘的主要技术指标外部数据传输率（External Transfer Rate），也称为突发数据传输率或接口传输率。是指硬盘缓存和计算机系统之间的数据传输率，也就是计算机通过硬盘接口从缓存中将数据读出交给相应的控制器的速率。硬盘所采用的ATA100、ATA133

38、等接口，就是以硬盘的理论最大外部数据传输率来表示的。ATA100中的100就代表着这块硬盘的外部数据传输率理论最大值是100MB/s。ATA133则代表外部数据传输率理论最大值是133MB/s。而SATA 1.0接口的硬盘外部理论数据最大传输率可达150MB/s。SATA 2.0标准的外部数据传输速率为300MB/s，SATA 3.0标准的外部数据传输率为600MB/s，这些只是硬盘理论上最大的外部数据传输率，在实际的日常工作中是无法达到这个数值的。内部数据传输率（Internal Transfer Rate），简单的说就是硬盘将数据从盘片上读取出来，然后存储在缓存内的速度。内部传输率可以明确

39、表现出硬盘的读写速度，它的高低才是评价一个硬盘整体性能的决定性因素，它是衡量硬盘性能的真正标准。虽然硬盘技术发展的很快，但内部数据传输率还是在一个相当比较低的层次上，内部数据传输率低已经成为硬盘性能的最大瓶颈。目前主流的家用级硬盘，内部数据传输率基本还停留在600MB/s左右，而且在连续工作时，这个数据会降到更低。493第5章 外存储器硬盘的主要技术指标5.平均寻道时间平均寻道时间，也是硬盘性能至关重要的参数之一。它是指硬盘在接收到系统指令后，磁头从开始移动到数据所在的磁道所花费时间的平均值，它在一定程度上体现了硬盘读取数据的能力，是影响硬盘内部数据传输率的重要参数，单位为毫秒（ms）。不同品

40、牌、不同型号的产品其平均寻道时间也不一样，但这个时间越低，则产品越好。平均寻道时间实际上是由转速、单碟容量等多个因素综合决定的一个参数。一般来说，硬盘的转速越高，其平均寻道时间就越低。单碟容量越大，其平均寻道时间就越低。当单碟片容量增大时，磁头的寻道动作和移动距离减少，从而使平均寻道时间减少，加快硬盘速度。当然处于市场定位以及噪音控制等方面的考虑，厂商也会人为的调整硬盘的平均寻道时间。503第5章 外存储器硬盘的主要技术指标6.连续无故障时间 连续无故障时间这是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时。一般硬盘的至少在3万或4万小时。这项指标在一般的产品常见的技术特性表中并不提供，需要

41、时可专门上网到具体生产该款硬盘的公司网址中查询。513第5章 外存储器52硬盘的主要技术指标7.NCQ技术NCQ（Native Command Queuing，原生命令队列）是被设计用于改进在日益增加的负荷情况下硬盘的性能和稳定性的技术。当用户的应用程序发送多条指令到用户的硬盘，NCQ硬盘可以优化完成这些指令的顺序，从而降低机械负荷达到提升性能的目的。NCQ技术是一种使硬盘内部优化工作负荷执行顺序，通过对内部队列中的命令进行重新排序实现智能数据管理，改善硬盘因机械部件而受到的各种性能制约。NCQ是一项强大的接口/硬盘技术，是SATA 2.0最先进和最令人期待的特性，是SATA 2.0规范中的重

42、要组成部分，也是SATA 2.0规范唯一与硬盘性能相关的技术。523第5章 外存储器机械硬盘选购注意事项硬盘的选购硬盘作为计算机的重要组成部件之一，在整个计算机系统中起着重要的作用。尤其是硬盘中往往保存着大量重要数据，如文件、照片等，一旦丢失将无法弥补。目前市场上只有希捷、西数、三星、和东芝4个品牌的机械硬盘，而东芝的主要产品是移动市场，台式机市场就剩下希捷、西数和三星三家。从质量和功能来说，硬盘采用的技术都差不多，质量都能保证，价格也相近，售后服务也都是3年保修。由于应用和需求的不同，在选择硬盘时还是应该根据自己的需求来选择性价比高的产品。在选购硬盘时除品牌、质保、售后服务外，还应从以下几个

43、方面考虑。534.1第5章 外存储器机械硬盘选购注意事项硬盘的选购1.按需求选择容量大小容量是用户最关心的一项参数了，目前市场上主流的有1TB、2TB、3TB等，希捷的硬盘已经做到16TB。硬盘制造商的容量计算公式是1TB=1000GB，系统的计算公式是1TB=1024GB，所以在系统中看到的会比标注的小一些，这是正常现象。购买硬盘时，首先考虑的就是容量的大小，这主要根据用途而定。如果是一般学习工作使用，那么1TB容量就已经足够了，如果是用来存储大型三维游戏和高清电影，那么就要选购2TB以上的大容量硬盘。2TB作为硬盘的分界点，但并不是越大越好。磁盘分区表分为MBR分区表和GPT分区表，MBR

44、分区表中，一个分区最大容量为2TB，且每个分区的起始柱面也必须在这块硬盘的前2TB内，如果硬盘太大，则必须用GPT分区格式。需要注意的是，如果主板是传统BIOS，不支持EFI（GPT是EFI的一部分），那么只能在小于2TB的磁盘上使用MBR模式安装操作系统，如果使用GPT模式，就不能安装任何操作系统了。如果使用了2TB以上磁盘，大于2TB的部分是不能被识别的，只能浪费。所以选择容量前，一定要看主板BIOS是否支持2TB以上磁盘。544.1第5章 外存储器机械硬盘选购注意事项硬盘的选购2.选购主流转速决定磁盘速度的主要因素就是它的转速，从速度方面来说，当然是越快越好，硬盘的转速越高，硬盘的寻道时

45、间就越短，数据传输速率就越高，硬盘的性能就越好。市面上的硬盘主流转速为7200r/min，从价格方面来说，越快的硬盘价格也越贵。而万转转速的硬盘价格过高，一般用户不适合选用。3.注意缓存大小缓存是硬盘数据读写的缓冲区。简单的说，是因为硬盘是计算机整体性能的短板，计算机数据传输的速度太快，而硬盘的速度太慢，所以需要缓存为数据提供缓冲地带。这就是缓存的原理和缓存存在的意义。缓存的容量和速度直接关系到硬盘的数据传输速率，当然是越大越好、越快越好。目前，市面上硬盘的最大缓存容量可以达到256MB，大部分主流硬盘产品的缓存容量为64MB，一些中低端产品为32MB，选购时在价格相差不大的情况下应该尽量选购

46、大容量缓存的硬盘产品。554.1第5章 外存储器机械硬盘选购注意事项硬盘的选购4.接口硬盘的接口可以分为IDE、SATA、SCSI、SAS、光纤通道。机械硬盘最主流接口是SATA，选择接口一定要根据主板上现有接口而定，要不然就可能无法使用。主板上一般会有SATA接口、PCI-E接口和USB接口。目前SATA接口用的较多，最好根据自行需求进行选择。5.单碟容量越大，性能越高目前，主流硬盘的单碟容量为500GB、18TB不等，单碟容量越大，硬盘可存储的数据就越多，硬盘的持续传输速率也得到提升。另外，相同容量的硬盘，单碟容量高的相对较薄。564.1第5章 外存储器固态硬盘选购注意事项硬盘的选购HDD

47、（机械硬盘）以价格低廉、存储量大的优势得到了全面的普及，但其有一个严重的缺点，就是随机读取速度极低。随着SSD硬盘价格的降低，SSD开始逐步取代HDD。1.看SSD容量和接口容量不需要多说，根据自身需求、预算购买，首推256GB。这个容量的SSD价格适中，日常使用中装一些常见游戏和软件也足够使用，其他不常使用的照片、文档可以放到机械硬盘中。新平台推荐购买M.2固态硬盘，老平台买了M.2固态硬盘也发挥不了优势，使用SATA固态硬盘价格还会便宜一些。至于PCI-E接口SSD，体积比较大，优势就是散热比M.2固态硬盘要好很多，购买此类SSD时注意自己的主板是否有多余的PCI-E接口。574.2第5章

48、 外存储器固态硬盘选购注意事项硬盘的选购2.看品牌一线SSD品牌三星、OCZ、浦科特、英睿达（镁光）、闪迪、希捷、英特尔等全部基于原厂闪存。由于同一品牌的固态的闪存颗粒也有优劣之分，因此在购买时要看准型号。3.看闪存MLC是中高端产品的主流选择。TLC和MLC的区别，除了低成本，低寿命外，就是低写入速度。而TLC的寿命，没有任何厂商公开谈论过TLC闪存的可靠程度，但各种极限测试也都证明：正常家用TLC的寿命，TLC 120g固态的来说用个10年左右也是不成问题，所以不必纠结寿命。更别提很多寿命更长MLC的SSD。4.看固件有自主研发实力的厂商会自行优化设计，因此，挑选固态硬盘时，选择知名品牌是

49、很有道理的。固件的品质越好，整个SSD就越精确，越高效。目前具备独立固件研发的SSD厂商并不多，仅有Intel、英睿达、浦科特、OCZ、三星等厂商。584.2第5章 外存储器固态硬盘选购注意事项硬盘的选购5.考虑功耗如果你是笔记本用户，考虑的出发点就不再是性能和价格了，而是低功耗。对于比较重视续航能力的笔记本来说，节能是很重要的。可能有人会问三星850 Pro功耗表现也很好为啥不推荐，因为它太贵了，而且笔记本通常都不能发挥SSD最大的实力，所以没必要花这么多钱去购买旗舰级产品，除非不差钱或者确实需要或者有折扣优惠。6.看售后、看质保有的品牌保修3年，有的则是保修5年，如果对品牌没有特别的要求，

50、应该选择质保时间久。594.2第5章 外存储器选购硬盘案例硬盘的选购表5-1是部分热门硬盘报价（2020年6月），供读者选购时参考。604.3表5-1 部分热门硬盘报价品牌品牌型号型号容量容量转速转速/（r/min）缓存大小缓存大小/MB接口类型接口类型价格价格/元元西部数据西部数据西部数据1TB 7200转64MB SATA3 蓝盘（WD10EZEX）1TB720064SATA 3.0289希捷希捷希捷BarraCuda 2TB 7200转 256MB（ST2000DM008）2TB7200256SATA 3.0389希捷希捷希捷Barracuda 1TB 7200转64MB单碟（ST100