电脑运行速度慢?可能是你的机械硬盘入坑了——机械硬盘硬核科普

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现在固态硬盘降价,很多电脑上都配备了固态硬盘。虽然固态硬盘价格降下来了,但是对比动辄1T(1000GB)容量起步的机械硬盘来说价格还是偏贵。虽然说目前固态硬盘(SSD)取代机械硬盘(HDD)的声音越来越多,但在存储容量以及价格上的客观优势,HDD 还是有的,并且它越来越偏向于被当做长期备份和存储数据资料的数据仓库来使用。那么到底如何选购一个好的HDD机械硬盘,机械硬盘又该如何避坑?

那么本期鲁sir就来教教大家,如何购买一块性能好、数据稳定、价格还不贵的机械硬盘。先给大家放一个机械硬盘和固态硬盘的实物图片来让大家眼熟一下。

机械硬盘:特点是外壳通常为银白色金属,厚且重,造型比较单一,边角螺丝设计的形状没有专门的工具无法打开。图为东芝机械硬盘。

固态硬盘:特点比较薄、体积小、有的可以打开有的无法打开,目前主流的造型有三种,图一到图三分别为SATA固态(使用机械硬盘同样的接口)、M.2固态(专有接口,电路板外漏,当然也有包起来的,不过包起来大多是包了散热片,从缝隙中还是可以看到电路板的)、PCIE固态(造型非常奇特,接口也很好分辨)。

金士顿SATA固态硬盘

三星M.2固态硬盘

Intel pcie固态硬盘

硬盘的工作原理

在这之前我们首先了解一下目前机械硬盘的主流技术,PMR技术和SMR技术。要了解这两个技术,那我们就需要首先从机械硬盘的工作原理开始。

图示是一个机械硬盘拆开后的样子,机械硬盘工作时主轴会带动磁盘旋转,磁盘是多层磁盘固定在一个主轴上的,工作时磁盘会随着主轴高速旋转,每个磁盘之间都有一定的空隙,读写数据时音圈马达带动磁头臂移动位置,磁头臂带动磁头去在磁盘上读写数据。你的文件就存储在磁盘上的不同的扇区上。

我们以单一的磁盘来看,它被划分为由一圈一圈同心圆组成的磁道,这些磁道窄而密集,通常一个盘面就有上千条磁道。当然这些磁道肉眼是看不到的,也不像图示的只有5条磁道,但我们可以脑补它确实可以在盘面上看到。磁盘在工作的时候,磁头会在硬盘驱动器的控制下快速移动,准确定位到你的文件所在的磁道和扇区上。这个过程就叫做"寻道",寻找磁道,简称寻道。

这里插播一句重要提醒!磁盘内部结构比较简单,但是由于是多个磁盘固定在中间的主轴上旋转,同时为了读写数据,所以磁盘之间有一定的空隙,这个空隙非常小、并且主轴旋转速度非常快,目前主流的硬盘旋转速度为5400转/分钟和7200转/分钟。在这样的速度下,哪怕进去一颗肉眼看不见灰尘都会划伤磁盘表面,对磁盘带来不可逆转的伤害,甚至是磁盘报废。所以如果恰好各位小伙伴家中有相关工具,千万不要去尝试拆开机械硬盘!!!

简单知道了机械硬盘的工作原理后我们在来看两种技术有什么区别。

PMR与SMR的区别

相比速度更快的固态硬盘而言,机械硬盘的优势在于价格低、容量够大。对,机械硬盘的核心优势就是容量,毕竟作为数据"仓库",不够大怎么做仓库呢?软盘的淘汰离不开这个原因,TB级容量机械硬盘技术诞生于2007年左右,沿用至今。

机械硬盘的核心竞争力就是硬盘容量,随着时代的发展数据量必然会大幅度上涨,所以厂商都在想办法怎么提升机械硬盘的容量。上一部分说过数据时存储在硬盘中的一张张磁盘上,那么要扩大机械硬盘的容量应该怎么办呢?

聪明的小伙伴可能已经想到了,既然它是存在磁盘上的,那多放几张磁盘或者把磁盘面积做的大一点不就好了?,就像是一瓶水不够喝,那就多买两瓶。这样可以是可以,但是磁盘面积增大后硬盘本身的体积就会变大,就像气球一样,装的水越多体积越大。但是电脑中预留的硬盘仓位都是同样大小的(台式机3.5寸、笔记本2.5寸、当然还有轻薄笔记本用的1.8寸甚至1.5寸硬盘),电脑机箱会放不进去的,对于本来内部空间就极为狭窄的笔记本电脑那就更难了。

以上两个方案显然是不行的,于是这时候硬盘工程师小脑袋瓜里的灯泡突然一亮。既然增加数量和面积都不行,那为什么不能把每个磁盘上存储数据的密度增大呢?这样在体积不变的情况下容量就能提升了。

大容量硬盘的早期是LMR技术,也就是水平磁性记录,为了避免大家混淆,LMR技术不过多解释,只需要告诉大家LMR技术存储上限很低,现在已经不怎么使用了,所以我们直接说PMR技术。

PMR技术全称垂直磁性记录,早期的LMR技术磁感应的方向是水平的。如果让磁性粒子和磁感应的方向相对盘片垂直,这样不就能腾出很多空间了?

文字不好理解下面给大家用图的方式表现一下。图一为水平磁性记录、图二为垂直磁性记录。同样的体积,垂直硬盘的存储容量明显要比水平硬盘多很多。于是垂直硬盘成了主流,也就是本文中说的PMR(英文全称:Perpendicular Magnetic Recording)技术,

在PMR技术的帮助下,机械硬盘的容量有了很大的提升,单碟盘容量最高达到了1TB左右,但是随着互联网信息技术的发展,信息数量开始爆炸式增长。无论是办公还是家用需要存储的信息越来越多越来越多,终于有一天,PMR技术的硬盘容量不够用了……

PMR技术硬盘容量不够了,但是我们又不能单纯靠加一块硬盘的方式去扩充容量,那还有没有办法再把磁盘的容量在提一点?再提升一些磁盘信息记录的密度呢?

既然都这么问了,那肯定有(要是没有的话鲁sir也不用写这篇科普了)。

于是这个时候,SMR技术应运而生!

不过这次科学家们想出来的办法有些奇特,并且也不像PMR那样完美,就是SMR(Shingled Magneting Recording)技术,又叫叠瓦式磁记录技术。这个技术有点特殊,我们慢慢讲。

这项技术是怎么做的呢?前面我们说到,磁盘是被划分为一圈一圈微小的磁道来记录数据的,这些磁道之间并不是连续的,而是磁道与磁道之间存在一个保护距离,从而不让不同磁道的数据产生干扰。硬盘工作的过程也就是磁头在磁道上读取和写入数据的过程。

PMR磁盘技术如上图一样,各个磁道之间有一定保护区,用来保护两个磁道内的数据不会出现互相干扰的情况。

但是在实际使用过程中又有一个新的问题。就是硬盘信息的读取和写入是两种不同的操作,所以读取磁头和写入磁头也是不一样的。现代硬盘主要采用的是分离式磁头结构,写入磁头仍是传统的磁感应磁头比较宽,读取磁头则是新型的MR磁头(磁阻磁头)比较窄,磁道在划分的时候,当然要满足最宽的标准。但是写入磁头在工作的时候,实际上对于每个磁道,其写入信息的宽度是和读取的宽度一样的,这样,磁道的空间就存在浪费的情况。

那把这些浪费的空间利用起来,是不是硬盘的容量在体积不变的情况下就会的更大?理论上这样子是行得通的。

于是工程师开启了极限操作。他们将磁道中间浪费的空间重叠起来。写入的时候从上面写入而不是从中间写入,这样一来保护空间也就变小了。浪费空间和保护空间都减少了,那么硬盘的密度自然就增加了。可存储的信息量自然就要比PMR多出来很多。同样体积和磁盘数量的SMR硬盘大约会比PMR硬盘多出来25%以上的存储空间

这个极限操作虽然说解决了容量的问题,但是它并不稳妥,缺点相当明显,磁盘密度变的如此之高,转速自然也不能太快。划重点:SMR硬盘转速一般不会太快。

这样的结构单纯的读写看起来还是可以的,但是如果你想要修改某个磁道上的数据就比较麻烦了,因为磁道的间隙小,磁头比较宽。所以如果想要修改磁道0的数据,就必然会影响到隔壁磁道1的数据。隔壁磁道1的数据做了什么?好好在家里躺着突然就天降正义了,这样肯定不好。

为了解决这个问题,工程师们设置了一个缓冲区,也就是磁盘的缓存。当需要修改磁道0的数据时,先把磁道1的数据拿出来放到缓冲区,等磁道0的数据修改完成后,再把放在缓存区的磁道1的数据再给放回去。为了完成这个过程,SMR技术的硬盘都有一个特点,那就是缓存特别大,动辄256MB起步。划重点:SMR硬盘都有很大的缓存空间。

这个过程听起来复杂,实行起来更复杂,所以在修改大量数据的时候会比较慢,时间久了,对硬盘的读写性能影响也是很大的,甚至还能影响到硬盘的寿命,造成数据损坏以及数据丢失的问题。

这时候一个新问题出现了,缓存只是暂时存储,并不具备长期保存功能,如果你在写入磁道0数据的时候突然停电了或者熊孩子把你电脑关机了,那么放在缓存中的磁道1的数据就会被清空。也就是数据丢失。想象一下,在某个开心的夏日,你抱着西瓜戴上耳机打开E盘中的学习资料文件夹中的英语语法教学.RMVB的时候,突然出现了你在王者峡谷坑队友的录屏,这时候你是什么心情呢?

所以啊,综上所述,相比于PMR硬盘,SMR硬盘不是用于当做系统盘或许需要频繁读写的硬盘来使用,更适合当做仓储盘来使用,用于长久的备份一部分数据。不过目前选购硬盘作为家用电脑的主力存储硬盘的时候还是建议使用PMR硬盘,建议使用PMR硬盘。

如何避开SMR(叠瓦式)买到PMR硬盘?

第一:最简单的,问客服。客服都是会告诉你的,这样所得来的答案也会更加准确。

第二种:看缓存,SMR的技术特点导致它的缓存相比垂直硬盘要大一点,一般都是128MB起步,当然也有动辄256MB的出现。

第三种:虽然现在网上有很多PMR硬盘的统计,但是这样的统计表对于小白玩家来说并不友好,再者就是厂商会不断地更新自家的硬盘,所以也会导致网上出现的PMR硬盘统计列表不全的情。还是建议大家去找客服问一下。这样最靠谱。

SMR硬盘的初期使用是体验不出来的差距的,SMR硬盘的损耗主要集中在使用一段时间后出现的性能下降问题。所以需要大家擦亮眼睛去辨别自己买到的到底是哪款。

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