新手程式設計師都有一種痛叫: “你能幫我推薦一款電腦嗎? ”
“程式員雖然寫程式碼，但是不會修電腦；就像范冰冰雖然演電視，但是不會修電視一樣”。
程式設計師，真的被誤會了。
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不過呢？
每當收到一些剛開始學習程式設計，正在學習程式設計的，或者已經工作的新手程式設計師讀者們讓我幫忙選電腦的請求時，我還是認真地回答。
可是每當我答到記憶體、CPU、SSD的時候，很多童鞋又不懂。其實個人覺得，在資訊時代，人人都應該掌握一些計算機組成和體系結構的知識，特別是相關專業的童鞋。
所以，我決定以後咱們有空的時候也講講計算機組成。
今天，我們就先聊一聊硬碟吧。
1
磁碟原理及筆記本防壞指南
千萬別沒事開著機就端著你的膝上型電腦到處走動，很容易壞的！
膝上型電腦和臺式電腦相比有一個很大的缺點，就是硬碟容易壞（HDD-機械硬碟），因為膝上型電腦需要經常移動，容易把硬碟給震著，但這好像也是筆記本的優點吧。
為什麼筆記本的硬碟容易壞？
那我們就得先了解機械硬碟的構造。在介紹硬碟之前先來介紹一下留聲機。相信大家都在電視上見過下圖中的這個玩意，它叫留聲機，是偉大的發明家愛迪生先生於1877年發明的。
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它的原理其實很簡單，碟片上有很多凹槽，當指標和凹槽接觸的時候，針尖隨凹槽波動而輕微地振動，從而轉化為聲音，大家就可以聽到美妙的音樂了。
其實計算機磁碟也是這個道理，如下圖是一個拆開的磁碟，可以看到，磁碟上也有一個讀寫頭。
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和留聲機不同的是，讀寫頭和光盤面是不接觸的，他們之間通過磁性來傳遞資訊。也就是說，磁碟是用磁介質來儲存資訊的。
如果你經常聽見你的膝上型電腦內部有什麼東西在細微震動，那多半就是你的磁碟在飛速轉動。
此外，磁碟並不是像上圖那樣只有一面，如果誇張地把磁碟內部結構放大，它應該是下面這個樣子的：
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這樣一個看起來薄薄的磁碟其實一共有n張光碟共2n個面，每個面都可以記錄資訊。如下圖中的左半部分所示。
每個盤面都有一組被稱為磁軌的同心圓，就如下面的磁軌0、磁軌1等等；每一個磁軌又被劃分為一組扇區。（這裡很多同學可能會理解錯誤，扇區指的不是那個扇形，而是那一小段圓弧）。
扇區與扇區之間有一些間隙，把扇區隔開。
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每個扇區都可以儲存數量相等的資料位，通常是512位元組。前面加粗的字不知道大家有沒有發現不對勁的地方？
對於圓弧形的扇區來說，越靠近圓心的圓弧就越短。既然每個扇區的磁軌長短不一，為什麼還儲存著同樣大小的資訊呢（通常是512位元組）？
沒辦法，就是這麼蛋疼。在講這個蛋疼的事情之前，我們還需要再瞭解一下柱面。柱面指的是所有盤面到主軸距離相等的同心圓的集合。可以參考上圖右面的那個示意圖，比如圖中有4個光碟，8個盤面，那麼一個柱面就由8個同心圓磁軌構成。
好了，講了柱面我們繼續講剛剛那個蛋疼的事情。
從上圖左邊的示意圖可以看出，無論是靠近圓心的磁軌還是最外圈的磁軌，都被分割成了數量相等的扇區，並且每個扇區儲存的資料量是一樣的。
這樣就會造成，靠內的扇區之間間隔很小，而越往外扇區之間的間隔就越大，如果非要用一句人話來描述就是：越往外，磁軌記錄資訊的密度就越低。
扇區數目是由最靠內的磁軌能記錄的扇區數來決定的，這就是最坑的地方，最裡面的磁軌能劃分為多少個扇區，那麼最外層的磁軌就必須存多少個扇區。十分浪費，當然，人類肯定不能一直這樣設計。
後來有一種新的技術出現了，就是多區記錄，什麼意思呢？
用大白話說就是，假設一個磁碟有200個同心圓（柱面），之前200個柱面都按最裡面的那個柱面來劃分扇區。
現在的多區技術就是，把200個柱面劃分為x個組，我們這裡就假設成4個組，每個組50個柱面。
第一組的1 50個柱面以第1個柱面為基準劃分扇區；第二組51 100柱面以第51個柱面為基準劃分扇區...以此類推。
這樣就更高效地利用了磁軌的儲存位。
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當計算機開始執行，磁碟也開始飛速轉動，然後讀寫磁頭轉動，就可以在相應的磁軌中讀寫資料了。
講完了原理，我們來講講你的膝上型電腦為什麼容易壞。其實很多同學的筆記本壞了，多數時候都是磁碟壞了，那麼磁碟為什麼這麼容易壞？
因為它轉得實在是太快了。。。給個量化的指標，最外層的磁軌和讀寫頭之間的相對速度（學過物理的都知道線速度和角速度吧，這個自己轉化yy一下）是80km/h。
做個不恰當的比喻，如果地球按這個角速度自轉，那麼地球自轉一週也就需要8秒鐘而已。在這種情況下，我想你絕對會被甩出銀河系，地球也瞬間瓦解。
磁碟在高速運轉的情況下，你拿著它到處走動，讀寫頭很容易和盤面碰到，因為它們僅僅相距0.1微米。一點點小撞擊，就能毀了你的磁碟。
所以，記住了。
電腦開著機的時候少拿著走動，關了機以後再放進書包帶走。當然，如果你的電腦硬碟是固態的，那就請你隨意走動，電腦開著機拿手上跳個廣場舞也沒事。
關於固態硬碟，後面我們慢慢道來。
2
演算法上的優化
為什麼說，程式設計師在知道了計算機底層原理以後能寫出更優秀的程式碼？今天我們就用一個例子來說明。
如果你瞭解一些資料庫的優化演算法，你應該聽說類似的優化策略：隨機讀轉化為順序讀，隨機寫轉化為順序寫。
為什麼要轉化呢？
因為隨機讀寫真的很慢。
磁碟在讀寫資料的時候，時間主要消耗在三個地方。分別是：尋道時間，旋轉時間和傳送時間。
大家只要看了上面的內容，大致應該知道磁碟讀取資料的流程。首先是尋道，也就是傳動臂的讀寫頭要先移動到對應的磁軌上，這個過程所花費的時間叫尋道時間。
找到了磁軌以後還不能馬上讀取資料，還需要找到相應的扇區才能開始讀寫，所以磁碟還要旋轉，把對應的扇區轉動到讀寫頭下方，這個過程所花費的時間叫做旋轉時間。
在找到目標扇區以後，剩下的時間就是傳送時間了，也就是資料的寫入和讀取。
為什麼隨機讀寫慢，順序讀寫快？
答案很明顯，隨機讀寫每次的時間花銷都由上述三部分時間構成；然而順序讀寫省去了前兩部分時間。
看到這裡，你已經可以裝逼地給別人講一下，為什麼有一類演算法要把隨機讀寫轉化成順序讀寫。
3
一塊SSD拯救了我的電腦，也就是固態硬碟。
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我那臺老筆記本在用了4年後，有點扛不住了，所以我買了一塊250GB的固態硬碟給換上，再自己加了一塊4GB的記憶體，然後給它裝上了一個Ubuntu系統（Linux），感覺它就像迎來了新生。我感覺它的效能提升了不只10倍。
這主要歸功於那塊固態硬碟，為什麼固態硬碟這麼牛逼?
因為固態硬碟採用的是快閃記憶體技術，其實你的U盤、手機儲存都是快閃記憶體。
首先，固態硬碟不容易壞，因為固態硬碟中已經沒有那個旋轉的磁碟了，所以即使是開機狀態你拿著它到處走也沒事。
其次，固態硬碟的讀寫速度大約是機械硬碟的5~10倍，對於遊戲玩家和開發者而言，這無疑是一個巨大的改善。
所以我的這臺電腦換了固態硬碟之後，就被我放在家裡裝上各種資料庫做儲存系統了，時不時跑一些任務，效能也是槓槓的。
如果你看到了這裡，相信你已經對硬碟已經有了初步的瞭解，在選購計算機的時候也可以看看相應的引數啦！今天的硬碟就講到這裡，之後有空我們再聊聊其他硬體，比如CPU、記憶體或者是主機板。
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