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固態硬碟(SSD)和機械硬碟(HDD)區別對比介紹


一、演變過程

從計算機誕生的那一刻起,儲存裝置就扮演著不可或缺的角色。最初的硬碟如著名的IBM RAMAC都是體積巨大並且十分沉重的大傢伙,直到1980年前後,IBM推出了薄膜磁頭技術,才讓我們徹底告別了那些龐然大物。隨後我們把越來越多的注意力放在儲存密度和速度上,當然也沒有忘記追求更小更便捷的理念。但是,由於機械硬碟先天的設計使得我們不得不面對其機械零部件的穩定性及抗震性等諸多問題。而近年來,一種新形態的儲存裝置開始嶄露頭角,即固態硬碟,它憑藉著相對於機械硬碟的各種優越效能一舉成為了硬碟界的新星,由於存在著一些爭議點,它也未能在短時間內撼動機械硬碟的主流地位。

二、機械硬碟和固態硬碟的原理對比

(1) 機械硬碟的原理

機械硬碟,英文名Hard Disk Drive,是電腦上使用堅硬的旋轉碟片為基礎的非揮發性儲存裝置,它在平整的磁性表面儲存和檢索數字資料,資訊通過離磁性表面很近的磁頭,由電磁流來改變極性方式被電磁流寫到磁碟上,同時資訊可以通過相反的方式讀取,例如讀頭經過紀錄資料的上方時磁場導致線圈中電氣訊號的改變。其讀寫是採用隨機存取的方式,因此可以以任意順序讀取硬碟中的資料。機械硬碟內部包括一至數片高速轉動的磁碟以及放在執行器懸臂上的磁頭。根據其實現原理,我們不難發現現代機械硬碟的工作方式就如同其名稱一般,是通過機械方式來實現,即電動馬達驅動碟片高速旋轉,再輔以磁頭的操作來存取資料。

(2) 固態硬碟的原理

固態硬碟,英文名Solid State Disk或Solid State Drive,是一種以儲存器作為永久性儲存器的電腦儲存裝置。雖然SSD已不是使用“碟盤”來記存資料,也沒有用於“驅動”的馬達,但是人們依照命名習慣,仍然稱為固態硬碟或固態驅動器。固態硬碟分易失性與非易失性兩種,這裡我們著重研究更適合作為傳統硬碟替代品的非易失性固態硬碟。非易失性固態硬碟中資料的存取主要由NAND Flash及其主控晶片來實現,沒有活動的機械部件,為純晶片結構。

三、各自的優缺點

(1) 總體效能的對比

                                                


                                                                                                    固態硬碟對比機械硬碟優勢圖表

固態硬碟和機械硬碟區別對比
項 目 固態硬碟(SSD) 機械硬碟(HDD)
容 量 較小
價 格 便宜
隨機存取 極快 一般
寫入次數

SLC:10萬次/MLC:1萬次

無限制
磁碟陣列 極難
工作噪音
工作溫度 極低 較為明顯
防震能力 很好 較差
資料恢復 容易

(2) 讀寫速度的對比

由前文可知機械硬碟通過磁頭在高速旋轉的碟片上進行磁操作來讀取資料,因而碟片旋轉的速度越快,機械硬碟的資料讀寫速度也就越快。目前消費市場上主流的機械硬碟碟片轉速主要有5400轉/分鐘和7200轉/分鐘兩種,其在SATA3介面下的讀寫速度則分別在50~90MB/s與90~190MB/s上下,不難發現機械硬碟轉速的提升對於其讀寫速度的影響還是很明顯的。但是,機械硬碟碟片的旋轉依賴於機械馬達的驅動,其速度的提高也會帶來發熱、磨損等諸多問題,在現有機械技術上想要大幅提高機械硬碟的轉速仍十分困難,因此其讀寫速度也很難在現有的基礎上獲得較大的飛躍。反觀固態硬碟,由於不採用任何機械構造,因此便不會遇到機械硬碟的轉速瓶頸問題。同時由於其採用晶片式的快閃記憶體存取方式,基礎讀寫速度極快。不過有一點要指出的是,不像大多數的機械硬碟的讀寫速度僅和轉速相關,固態硬碟由於其特殊的構造,其讀寫速度易受容量、主控等各方面因素影響較大,因此其讀寫速度的變化區間也較大,目前主流的固態硬碟讀寫速度主要集中在500MB/s~1GB/s這樣區間,也有少部分高階型號可以達到2GB/s以上。但無論是哪一種型號,固態硬碟的讀寫速度高於機械硬碟已是不爭的事實。由於底層技術實現上的差異,機械硬碟的讀寫速度可以說是已經輸在了起跑線上。

致謝:

2、[1] 孫瑞 .固態硬碟與機械硬碟綜合比較探究 [J]. 科技尚品,2016(08):172-173.

3、[2] 李博 . 固態硬碟寫效率及能耗優化研究 [D]. 華中科技大學,2010.