【小白向】台式电脑硬件选择简明教程（6）：硬盘

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五、硬盘

        和内存类似，硬盘也是电脑中的存储器之一，不同的是，硬盘在断电之后不会丢失数据，并且容量更大，价格更低，但速度远慢于内存。硬盘中存放着电脑中需要长期储存的数据，如文档、视频等。此外，操作系统、安装好的软件等也都存储于此，因此，硬盘的性能对于电脑的开机速度、流畅度和软件的加载速度等有重大的影响。目前常见的硬盘大体有机械硬盘和固态硬盘（也常用英文缩写：SSD）两种，二者采用截然不同的技术路线。在当前，由于固态硬盘在诸多方面远胜过机械硬盘，因此除非预算特别紧张或需要以较低成本存储大量数据（如组装NAS），个人DIY时已经很少使用机械硬盘。本文主要介绍固态硬盘，对机械硬盘仅作简要概述。
1.组成和结构
        当今固态硬盘主要有两种形态，一种类似传统机械硬盘，使用SATA接口；另一种像一块扩展板卡，使用M.2 NVMe接口。两种形态如下图（下方的为SATA，上方的为M.2 NVMe）：

        固态硬盘的组成较为简单，主要有主控、闪存（FLASH）颗粒、接口和其他部件等组成。
        （1）主控：负责硬盘的数据读写、纠错、缓存管理等工作，通常决定了硬盘支持的接口标准。
        （2）闪存颗粒：是硬盘中储存数据的部位，其性能和质量直接决定了硬盘的读写速度、稳定性、寿命等。
        （3）接口：是硬盘与主板交换数据的通道，硬盘的接口要与主板上的匹配。
2.主要参数
        （1）容量：指硬盘能存储多少字节的数据。这项参数比较简单，但有一点需要说明，即硬盘厂商和操作系统计算容量的方式不一样：硬盘厂商以1000进位（如1000字节为1KB，1000KB为1MB），操作系统则以1024进位（如1024字节为1KB），这个差异会导致硬盘标称的容量与操作系统识别到的容量不一致，这并不是虚标。如下图是笔者系统中任务管理器计算得到的硬盘容量（标称容量为1TB）：

        （2）标称读写速度：即硬盘在单位时间内能传输多少数据。销售者通常会把这一数据放在商品页面十分显眼的位置，但这一数据是利用专业软件在十分理想的情况下测得的顺序读写速度上限（指逐个在存储单元中读或写数据），实际应用中很少使用顺序读写，就算有也几乎不可能达到这样的速度，所以这一参数可作为参考，但并不能作为判断硬盘性能的核心依据。当前的M.2固态硬盘的顺序读取速度可轻易达到7000MB/s，高端产品可超过10000MB/s。
        （3）闪存类型：通常是指每个存储单元中存储几位数据，通常的说法有SLC、MLC、TLC、QLC，分别是每个单元存储一、二、三、四位数据。每个单元存储数据越多，读写速度、寿命、稳定性等关键指标都会下降，但可以大幅度减小成本。目前，SLC和MLC通常只用在高端的或企业级设备上，TLC的性能与价格比较平衡，适合个人用户，QLC主要用在低端设备上。
        （4）缓存：是SSD中读写速度远快于一般闪存的特殊区域。在实际应用中，系统可能会频繁地向硬盘写入小批量数据，但硬盘的读写速度较慢，这样在硬盘这里就产生了瓶颈，但大幅提高整块硬盘的速度又是一件成本很高的事，因此厂商会在硬盘中加入缓存，写入数据时先存入缓存，待设备空闲时再将缓存中的数据转入正常存储空间。如上所述，缓存对于使用体验也有重大的影响。目前实现硬盘缓存的方式主要有三种：DRAM缓存，使用类似内存的芯片，速度最高，稳定性好；SLC缓存，将普通的存储单元虚拟成SLC单元作为缓存，是主流的方案；HMB缓存，无实际缓存区域，借用系统内存作为缓存，可在保证一定性能的前提下有效降低成本。也有部分低端产品干脆就没有缓存，要注意辨别。

        （5）接口标准：NVMe接口本质上也是一种PCIe，因此其接口标准也用PCIe几来说。同样地，PCIe代数越高，传输速度越快，但这还需要主板和CPU的支持。SATA接口与机械硬盘使用的接口一致，速度较慢，适合给没有NVMe接口的老设备升级使用。
        （6）寿命：不同于机械硬盘，固态硬盘有一个理论上的读写寿命上限，通常用TBW（Terabytes Written）来衡量，代表硬盘能写入的总字节数（单位是TB）。一般来说，日常使用不会轻易将SSD的寿命耗尽（或需要数十年的高强度使用），但如果确实需要大量读写数据，建议选择TBW数较高的产品。
        （7）长度：指M.2 NVMe固态硬盘的物理长度，购买时要注意主板上是否有相应尺寸的硬盘位。
3.关于机械硬盘
        机械硬盘使用涂有磁性材料的盘片存储数据，在使用时需要让盘片转动起来，然后通过磁头读取数据。

        与固态硬盘相比，机械硬盘怕震动、怕冲击、怕高温、怕磁场，易发生机械故障，体积大，运行时有噪声，顺序读写速度慢，随机读写速度极慢，优势是单位存储空间的价格远低于固态硬盘，理论上无读写次数上限，数据不易丢失（固态硬盘长时间不通电容易导致数据丢失，且如果发生故障数据几乎无法恢复）。当前通常用机械硬盘作为“仓库”，与固态硬盘混合使用，即存储大量而且不需要频繁调用的数据，操作系统、软件等仍装在固态硬盘中。机械硬盘的主要参数有：容量、转速、缓存、CMR还是SMR（指磁道的配置形式，CMR为独立磁道，SMR为叠瓦式磁道，前者的读写速度、寿命、稳定性等显著优于后者，因此建议选择CMR的产品，一般会在详情页标出，不标则为SMR）等。
4.市场情况
        市场上生产闪存芯片（闪存颗粒）的厂家主要有三星、SK海力士、长江存储（中国大陆）、铠侠、镁光等。另有一些厂商购买他们的芯片生产完整的SSD产品，有些闪存颗粒厂商也会直接生产SSD产品，如三星、长江存储旗下的致态、铠侠等，他们的产品质量更有保证，几乎可以排除买到黑片（没有通过芯片厂家的质量检验而从特殊渠道流入市场的芯片）的可能（一些小品牌的产品可能会使用黑片）。另外，西部数据、金士顿、光威、闪迪等也都是老牌大厂。
        之前一般认为三星是固态硬盘领域的“老大哥”，但随着国产闪存芯片的强势崛起，其老大哥的地位已接近不复存在。如今长江存储的产品凭借着扎实的技术积累和开创性的Xtacking®技术，已经达到甚至超越世界先进水平，近来甚至已经在向国际巨头出售专利，人们戏称长江存储帮助三星永久解决了工厂消防问题（指国产存储崛起之前，三星经常以工厂失火为借口提高产品售价，当时我们技术落后，只能听之任之，而如今它再也不敢这样做了）。致钛、光威等许多品牌都有使用国产闪存芯片，使用国产闪存芯片的产品无论在质量、性能、价格上都十分有竞争力，十分建议选购。此外，国产固态硬盘主控也达到了相当成熟的程度。
5.检测方法
        （1）读取基本信息：使用DiskInfo，可读取容量、接口标准、通电时间、累计读写数量等数据。

        （2）S.M.A.R.T：即自动检测分析及报告技术，可以自动检测与硬盘健康状况相关的一组数据，可以较为全面地反映硬盘的健康状况，机械硬盘和固态硬盘都有。可通过DiskInfo等软件读取，若有报警项目，需判断设备是否有损坏风险，可能需要及时更换。
        （3）理论性能测试：模拟各种数据读写的场景，测试硬盘读写速度（也可以测试U盘等），通常包括不同数据大小的顺序读写和随机读写，相应软件有DiskMark，HDTune等。下图为DiskMark（确实是专业软件）:

下面两项测试对硬盘损耗较大，如非怀疑硬盘质量有问题，不建议轻易进行
        （4）大文件读写测试：向整个硬盘中写满数据，测试在读写大量数据时（数据量已超过缓存容量，必须直接写入闪存芯片）的性能，常使用HDTune等工具，测试结果以折线图的形式呈现：

        （5）全盘扫描：可以测试硬盘中是否有损坏的存储单元，也可以使用HD Tune，耗时较长：

注：以上提到的测试软件在图吧工具箱里均有集成


这一篇就写到这里了，下一篇介绍显示器的相关内容
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