第6章 深入認(rèn)識和選購大容量硬盤

6.1 硬盤內(nèi)外部結(jié)構(gòu)和工作原理

6.1.1 看圖識硬盤外殼信息

硬盤的外殼主要采用不銹鋼材質(zhì)制成。硬盤外殼的作用是保護(hù)硬盤內(nèi)部的元器件。硬盤外殼上面通常會標(biāo)有硬盤的一些信息，如硬盤的品牌、參數(shù)等，如圖6-1所示。

6.1.2 看圖識硬盤的控制電路

硬盤的電路板在硬盤的反面，上面有很多芯片和分立元件，大多數(shù)硬盤的控制電路都采用貼片式焊接。硬盤的電路板中包括主軸調(diào)速電路、磁頭驅(qū)動與伺服定位電路、讀寫電路、高速緩存、控制與接口電路等，主要負(fù)責(zé)控制盤片轉(zhuǎn)動、磁頭讀寫、硬盤與CPU的通信等。其中，讀寫電路的作用就是控制磁頭進(jìn)行讀寫操作；磁頭驅(qū)動電路的作用是控制尋道電機(jī)，使磁頭定位；主軸調(diào)速電路是控制主軸電機(jī)帶動盤體以恒定速率轉(zhuǎn)動的電路。

硬盤的電路板主要由主控制芯片、電機(jī)驅(qū)動芯片、緩存芯片、硬盤的BIOS芯片（有的集成在主控芯片中）、加速度感應(yīng)芯片、晶振、電源控制芯片、三極管、場效應(yīng)管、貼片電阻電容等組成，另外在硬盤內(nèi)部的磁頭組件上還有磁頭芯片等，如圖6-2所示。

1．主控制芯片

主控制芯片也就是硬盤的CPU芯片，在整個(gè)底板上它的塊頭最大，正方形，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理。有的主控制芯片內(nèi)部還內(nèi)置BIOS模塊、數(shù)字信號處理器等，如圖6-3所示。

2．緩存芯片

緩存芯片是為了協(xié)調(diào)硬盤與主機(jī)在數(shù)據(jù)處理速度上的差異而設(shè)計(jì)的，緩存芯片在硬盤中主要負(fù)責(zé)給數(shù)據(jù)提供暫存空間，提高硬盤的讀寫效率。目前主流硬盤的緩存芯片容量有2MB和8MB，最大的達(dá)到16MB。緩存容量越大，硬盤性能越好，如圖6-4所示。

3．電機(jī)驅(qū)動芯片

電機(jī)驅(qū)動芯片一般是正方形，比主控芯片要小很多，主要負(fù)責(zé)給硬盤的音圈電機(jī)和主軸電機(jī)供電。目前，由于硬盤轉(zhuǎn)速太高，容易導(dǎo)致該芯片發(fā)熱量太大而損壞，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，70% 左右的硬盤電路路障是由該芯片損壞引起的。

4. BIOS芯片

硬盤BIOS芯片有的在電路板中，有的集成在主控制芯片中。其內(nèi)部固化的程序可以進(jìn)行硬盤的初始化，執(zhí)行加電和啟動主軸電機(jī)、加電初始尋道、定位以及故障檢測等，一般硬盤BIOS芯片的容量為1MB，如圖6-5所示。

它用于保存硬盤容量、接口信息等，硬盤所有的工作流程都與BIOS程序相關(guān)，通斷電瞬間可能會導(dǎo)致BIOS程序丟失或紊亂。BIOS不正常會導(dǎo)致硬盤誤認(rèn)、不能識別等各種各樣的故障現(xiàn)象。

5．加速度感應(yīng)器芯片

加速度感應(yīng)器用來感應(yīng)跌落過程中的加速度，以使馬達(dá)停轉(zhuǎn)、磁頭移動到碟片外側(cè)，從而保護(hù)硬盤免受沖擊和碰撞。一般在筆記本電腦的硬盤中會安置此芯片，如圖6-6所示。

6.1.3 看圖識硬盤內(nèi)部構(gòu)造

硬盤的內(nèi)部主要由盤片和主軸組件、浮動磁頭組件、磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)、前置驅(qū)動控制電路等組成，如圖6-7所示。

1．盤片和主軸組件

盤片和主軸組件是兩個(gè)緊密相連的部分，如圖6-8所示。硬盤盤片是一個(gè)圓形的薄片，一般采用硬質(zhì)合金制造，表面上被涂上了磁性物質(zhì)，通過磁頭的讀寫，將數(shù)據(jù)記錄在其中。由于盤片在硬盤中要高速旋轉(zhuǎn)，所以硬盤的盤片表面都十分光滑，而且耐磨度很高，多為鋁合金制作，也有玻璃等質(zhì)材。通常一個(gè)硬盤由若干張盤片疊加而成，目前一張盤片的單碟容量已經(jīng)達(dá)到驚人的1TB，而硬盤總?cè)萘扛哌_(dá)12TB以上。

主軸組件由主軸電機(jī)驅(qū)動，帶動盤片高速旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)速度越快，磁頭在相同時(shí)間內(nèi)相對盤片移動的距離就越多，相應(yīng)地就能讀取到更多的信息。

目前硬盤的主軸都采用了“液態(tài)軸承馬達(dá)”，這種馬達(dá)使用的是黏膜液油軸承，以油膜代替滾珠，有效避免了由于滾珠摩擦而帶來的高溫和噪聲。同時(shí)，這種技術(shù)對于硬盤防震也有很大的幫助，油膜能夠很好地吸收突如其來的震動。因此，采用該技術(shù)的硬盤在運(yùn)轉(zhuǎn)中能夠承受幾十至幾百G的外力。

2．浮動磁頭組件

浮動磁頭組件由讀寫磁頭、傳動手臂和傳動軸3部分組成，如圖6-9所示。其中，讀寫磁頭是用線圈纏繞在磁芯上制成的，安放在傳動手臂的末端。在盤片高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳動手臂以傳動軸為圓心帶動前端的讀寫磁頭在盤片旋轉(zhuǎn)的垂直方向上移動，磁頭感應(yīng)盤片上的磁信號來讀取數(shù)據(jù)，或改變磁性涂料的磁性，以達(dá)到寫入信息的目的（讀寫磁頭和盤片并不直接接觸，兩者之間的距離為0.1～0.3μm）。

當(dāng)硬盤沒有工作時(shí)，傳動手臂和傳動軸將讀寫磁頭停放在硬盤盤片的最內(nèi)圈的起停區(qū)內(nèi)。開始工作時(shí)，硬盤中固化在ROM芯片中的程序開始對硬盤進(jìn)行初始化，工作完成后，主軸開始高速旋轉(zhuǎn)，由傳動部件將磁頭懸浮在盤片0磁道處待命，當(dāng)有讀寫命令時(shí)，傳動手臂以傳動軸為圓心擺動，將讀寫磁頭移到需要讀寫數(shù)據(jù)的地方。

3．磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)

磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要由磁頭驅(qū)動小車、電機(jī)和防震機(jī)構(gòu)組成，如圖6-10所示。其作用是對磁頭進(jìn)行驅(qū)動和高精度的定位，使磁頭能迅速、準(zhǔn)確地在指定的磁道上進(jìn)行讀寫工作。現(xiàn)在的硬盤所使用的磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)中已經(jīng)淘汰了老式的步進(jìn)電機(jī)和力矩電機(jī)，用速度更快、安全性更高的音圈電機(jī)取而代之，以獲得更高的平均無故障時(shí)間和更低的尋道時(shí)間。

4．前置驅(qū)動控制電路

前置驅(qū)動控制電路是密封在屏蔽腔體內(nèi)的放大線路，主要作用是控制磁頭的感應(yīng)信號、主軸電機(jī)調(diào)速、驅(qū)動磁頭和伺服定位等，如圖6-11所示。

6.1.4 硬盤的工作原理

每個(gè)硬盤都有一塊電路板，電路板主要負(fù)責(zé)與電腦進(jìn)行通信，并控制管理整個(gè)硬盤的工作，可以說是硬盤的控制部門。若個(gè)別硬盤電路設(shè)計(jì)不良，或芯片的質(zhì)量不好，或用戶使用不當(dāng)?shù)龋加锌赡苁闺娐钒骞ぷ鞑徽！?/p>

由于硬盤電路板比較復(fù)雜，要想掌握硬盤電路板的維修方法，必須首先了解硬盤電路板的工作過程。

硬盤電路工作過程如下。

一般IDE接口硬盤有兩組供電：12V和5V。其中，紅色電源線為5V線，黃色電源線為12V線，兩個(gè)黑色線為地線。而SATA接口硬盤有3組供電：12V、5V和3.3V。其中，紅色電源線為5V線，黃色電源線為12V線，橘黃色電源線為3.3V線，兩個(gè)黑色線為地線。

在開機(jī)接通電源后，ATX電源直接給硬盤提供5V和12V的直流電壓。5V電壓經(jīng)過穩(wěn)壓器、場效應(yīng)管、二極管等處理后，給主控芯片提供3.3V、2.5V、1.2V等工作電壓。同時(shí)，5V和12V電壓經(jīng)過電感、電容等濾波后，直接給電機(jī)驅(qū)動芯片供電。接著電機(jī)驅(qū)動芯片將5V和12V電壓處理后，通過主控芯片（CPU）的指令供給主軸電機(jī)和音圈電機(jī)（主軸電機(jī)和音圈電機(jī)的電壓為7～9V）。

硬盤驅(qū)動器加電后，硬盤電路板上的主控芯片中的DSP（數(shù)字信號處理器）開始對硬盤進(jìn)行初始化，即DSP首先運(yùn)行ROM中的程序，部分硬盤會檢查各部件的完整性，然后盤片電機(jī)起轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速時(shí)，磁頭開始運(yùn)動，并定位到盤片的固件區(qū)，讀取硬盤的固件程序和壞道表，在固件被正常讀出后，硬盤初始化完成。

接下來，當(dāng)硬盤接口電路接收到CPU傳來的指令信號后，硬盤主控芯片向電機(jī)驅(qū)動芯片發(fā)出控制信號，電機(jī)驅(qū)動芯片將此信號翻譯成電壓驅(qū)動信號，驅(qū)動主軸電機(jī)和音圈電機(jī)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動盤片轉(zhuǎn)動，并將磁頭移動到數(shù)據(jù)所在的扇區(qū)，這時(shí)根據(jù)感應(yīng)阻值變化的磁頭會讀取磁盤上的數(shù)據(jù)信息。同時(shí)將讀取的數(shù)據(jù)信息傳送到磁頭芯片，磁頭芯片將信號放大后，再傳送到前置信號處理器，前置信號處理器將接收到的數(shù)據(jù)信息解碼后再傳送到數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器再對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行進(jìn)一步加工，之后傳送到接口電路。接口電路將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電腦能識別的數(shù)據(jù)信號后，反饋給電腦系統(tǒng)，完成指令操作。

6.2 確認(rèn)所用硬盤的型號和參數(shù)

一個(gè)完整的電腦不可缺少硬盤這一重要的硬件，那么如何查看硬盤的相關(guān)信息呢？

查看硬盤的型號和其他參數(shù)的相關(guān)信息可以采用軟件檢測方法，這一類的軟件有“魯大師”“超級兔子”“系統(tǒng)精靈”等。圖6-12展示了“魯大師”硬盤相關(guān)參數(shù)檢測結(jié)果，該硬盤為西數(shù)硬盤WDC WD10EZEX-00BN5A0，容量為1TB，緩存為64MB，轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分鐘，接口類型為SATA3.0。

另外，還有一種方法可以找到硬盤型號及其他信息。

啟動電腦進(jìn)入系統(tǒng)，進(jìn)入控制面板，雙擊“系統(tǒng)”圖標(biāo)，打開“系統(tǒng)”窗口，單擊窗口左側(cè)的“設(shè)備管理器”選項(xiàng)，然后在彈出的“設(shè)備管理器”對話框中單擊“磁盤驅(qū)動器”左邊的三角，就能查找到硬盤的型號信息了，如圖6-13所示。但是在這里能夠了解到的硬盤的相關(guān)信息可能會比較少。

6.3 連接硬盤與主板的串行ATA接口

從硬盤誕生的那一天起，除了容量在不斷地呈幾何級數(shù)增加以外，它的接口技術(shù)也在隨著周邊硬件速度的變化而不斷地革新。目前最具魅力的是串行ATA接口技術(shù)。

串行ATA接口又叫SATA接口，SATA是Serial ATA （Serial Advanced Technology Attachment）的簡稱。該接口形式于2000年11月由英特爾公司率先提出，至此取代了舊時(shí)PATA接口（IDE接口）。該接口標(biāo)準(zhǔn)采用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，速度比以往的PATA接口標(biāo)準(zhǔn)更加快捷，并支持熱插拔，可在電腦運(yùn)行時(shí)插上或拔除硬件。圖6-14展示了SATA接口的官方標(biāo)志。

SATA總線使用了嵌入式時(shí)鐘頻率信號，具備了比以往更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，能對傳輸指令（不僅是數(shù)據(jù)）進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤會自動矯正，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴２贿^，SATA和以往最明顯的區(qū)別是用上了較細(xì)的排線，這有利于機(jī)箱內(nèi)部的空氣流通，在某種程度上增加了整個(gè)平臺的穩(wěn)定性。

SATA接口有3種規(guī)格：SATA1.0、SATA2.0和SATA 3.0。表6-1展示了這3種SATA接口的數(shù)據(jù)傳輸速率對比。

圖6-15展示了連接硬盤與主板的串行ATA接口（SATA接口）和SATA數(shù)據(jù)線接口。

傳統(tǒng)的PATA（如IDE）接口形式使用單模信號放大系統(tǒng)，噪聲會隨著正常信號一起傳輸、放大，不易被抑制。為了有效地減少噪聲的干擾，只好使用高達(dá)5V電壓傳送正常信號，以抑制噪聲，但成本也因此上升，而且限制了高速。而新的SATA接口形式，使用差動信號系統(tǒng)，它能有效地將噪聲從正常信號中濾除，所以只需0.5V的工作電壓，并且速度不受限制。

目前串行ATA接口最高標(biāo)準(zhǔn)為SATA3.0。SATA3.0接口標(biāo)準(zhǔn)于2012年5月正式發(fā)布，是最新的硬盤接口。該接口形式向下兼容SATA2.0和SATA 1.0，數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)線與前兩版規(guī)范相同，并沒有變動。由于其具有低成本、低功耗的特點(diǎn)，所以很受消費(fèi)者的追捧。另外，此規(guī)格在若干方面得到加強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)更佳的功能。這些增強(qiáng)功能如下：

1）全新原生指令隊(duì)列（NCQ）串流指令，以便為需要大量帶寬的音頻和視頻應(yīng)用實(shí)現(xiàn)等時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

2）NCQ管理功能通過對未執(zhí)行的NCQ指令進(jìn)行主機(jī)處理和管理，幫助優(yōu)化性能。

3）改進(jìn)了電源管理功能。

4）適合更緊湊型1.8英寸存儲裝置的小型低插力（LIF）接頭。

5）旨在讓更薄、更輕的筆記本電腦容納7毫米光驅(qū)的接頭。

6）符合INCITS ATA8-ACS標(biāo)準(zhǔn)。

7）完全向下兼容，新規(guī)范產(chǎn)品與舊規(guī)范產(chǎn)品相連時(shí)速度會自動將至3Gbps或1.5Gbps。

8）可在存儲單元、磁盤驅(qū)動器、光學(xué)和磁帶驅(qū)動器、主機(jī)總線適配器（HBA）之間提供6Gbps速度的鏈路速度，并保證新的網(wǎng)絡(luò)性能水平。6Gbps只是理論值，事實(shí)上SATA接口發(fā)送信息的速度為600MB/s，而受制于系統(tǒng)各部件的影響，實(shí)際速度會更低一些，而且不同環(huán)境差異會很大。

購買選擇硬盤時(shí)，要注意硬盤的接口形式和版本。但是現(xiàn)在，硬盤的接口方面沒有多大的選擇余地，雖然現(xiàn)在市場上有SATA2.0、SATA3.0和SCSI等接口標(biāo)準(zhǔn)，但是最后一種SCSI接口價(jià)格相對昂貴，無法適合普通用戶的使用。所以SATA2.0和SATA3.0接口硬盤是市場的主流接口產(chǎn)品。圖6-16展示了SATA接口硬盤。

6.4 多大容量的硬盤夠用

硬盤是電腦的重要部件，主要功能有兩個(gè)，一是存儲操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件，二是存儲數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及網(wǎng)絡(luò)資源的豐富，需要存儲的文檔、數(shù)據(jù)越來越多，所以在選購硬盤的時(shí)候要注意硬盤容量的大小。

硬盤的容量一般以“吉”（GB）為單位，另外現(xiàn)在還有以“太”（TB）和“兆”（MB）為單位的硬盤，而主流硬盤容量為1TB～12TB。這幾個(gè)單位的換算關(guān)系是：1TB=1024GB, 1GB=1024MB。而硬盤的容量的大小是由硬盤中碟片的容量和碟片的數(shù)量來限制的。

那么如何查看自己電腦的硬盤容量呢？我們可以選一種電腦硬件檢測的軟件查看硬盤的容量，也可以在系統(tǒng)中直接計(jì)算硬盤的容量。如圖6-17所示，軟件“超級兔子”檢測硬盤的容量為100GB。若是直接計(jì)算，就是將電腦中每個(gè)盤符的容量加在一起，基本上就是該電腦硬盤的總?cè)萘苛恕?/p>

在購買電腦硬盤時(shí)，很多人都會考慮買多大容量的硬盤才夠用。其實(shí)無論多大的硬盤，“夠用”都是暫時(shí)的。考慮購買硬盤的容量，關(guān)鍵是考慮電腦的用途和預(yù)算資金，按需購買。

一般，若用電腦做圖形圖像設(shè)計(jì)或3D動畫設(shè)計(jì)，那么硬盤容量就要求很大，因?yàn)榇娣潘夭臅加脴O大空間。另外，如果你是一位電影愛好者，經(jīng)常下載各種影片，那硬盤的容量也需要很大，一部兩小時(shí)720P的電影大概要1.5G左右的空間，一部30集的電視劇，每集200MB左右。對于這樣的用戶，通常考慮購買4TB或6TB容量的大容量硬盤。若用電腦來玩游戲，一個(gè)大型游戲會占用20G左右的空間，還要留給系統(tǒng)、軟件、系統(tǒng)和軟件的運(yùn)行空間，可以考慮購買1TB或2TB容量的硬盤。若用電腦來辦公，或家庭使用，數(shù)據(jù)量不是很大，可以考慮1TB的硬盤。其實(shí)選擇硬盤容量的原則是夠用，稍稍富裕一點(diǎn)容量即可。

6.5 高性能硬盤的條件

硬盤的性能也對電腦的整體性能有一定的影響，而硬盤的性能主要是受硬盤的轉(zhuǎn)速、尋道時(shí)間、緩存的影響。一般而言，轉(zhuǎn)速快、尋道時(shí)間和存取時(shí)間短、緩存大的硬盤性能會比較高。

6.5.1 轉(zhuǎn)速要快

電腦系統(tǒng)中硬盤與其他的硬件不同，它的內(nèi)部有存儲數(shù)據(jù)的盤片，加電后會高速轉(zhuǎn)動，所以硬盤的轉(zhuǎn)速是制約硬盤速度的一個(gè)重要因素。硬盤的轉(zhuǎn)速越快，磁頭在同樣的時(shí)間內(nèi)處理的數(shù)據(jù)量就會越多，同等條件下硬盤的數(shù)據(jù)處理能力就會越強(qiáng)。

硬盤的轉(zhuǎn)速指的是硬盤內(nèi)電機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)速度，也就是硬盤盤片在一分鐘內(nèi)所能完成的最大轉(zhuǎn)數(shù)。單位表示為rpm, rpm是revolutions perminute的縮寫，是轉(zhuǎn)/每分鐘的意思。目前，硬盤的轉(zhuǎn)速有多種規(guī)格，從5400～10200rpm不等。臺式機(jī)上的硬盤一般為7200rpm，筆記本電腦上大多應(yīng)用5400rpm和7200rpm的硬盤，而更高轉(zhuǎn)速的硬盤則應(yīng)用在服務(wù)器或大型的工作站上。

雖然說硬盤的轉(zhuǎn)速越高，硬盤的平均尋道時(shí)間和實(shí)際讀寫時(shí)間越短，數(shù)據(jù)傳輸速度就越快，但是，硬盤轉(zhuǎn)速不斷提高的同時(shí)也帶來了溫度升高、電機(jī)主軸磨損加大、工作噪聲增大等負(fù)面影響。

6.5.2 尋道時(shí)間和存取時(shí)間要短

硬盤的優(yōu)劣主要是看硬盤的存取速度的高低，而硬盤的存取速度與硬盤的轉(zhuǎn)速、容量、尋道時(shí)間息息相關(guān)。假如兩個(gè)不同的硬盤容量一定、轉(zhuǎn)速一定，那么尋道時(shí)間短的硬盤存取數(shù)據(jù)的速度可能會較快，該硬盤的性能就會比較好。轉(zhuǎn)速決定著單位時(shí)間內(nèi)磁頭所能掃過的盤片面積的大小；容量決定著盤片數(shù)據(jù)密度的高低，容量越高數(shù)據(jù)密度越高。

尋道時(shí)間是指硬盤在接到系統(tǒng)指令后，磁頭從開始移動到找到數(shù)據(jù)所在的磁道平均所用的時(shí)間，其單位為毫秒（ms）。平時(shí)我們所說的尋道時(shí)間實(shí)際上指的是平均尋道時(shí)間，它是鑒別硬盤性能的一個(gè)重要的參數(shù)，平均尋道時(shí)間越小，硬盤性能越好。一般硬盤的平均尋道時(shí)間為7.5～14ms。

6.5.3 緩存要大

由于CPU與硬盤之間存在巨大的速度差異，為解決硬盤在讀寫數(shù)據(jù)時(shí)CPU的等待問題，會在硬盤上設(shè)置適當(dāng)?shù)母咚倬彺妫越鉀Q兩者之間速度不匹配的問題。硬盤緩存實(shí)際上就是硬盤控制器上的一塊存儲芯片，它具有極快的存取速度，是硬盤內(nèi)部存儲和外界接口之間的緩沖器。

硬盤緩存容量的大小與速度是直接關(guān)系到硬盤的傳輸速度的重要因素，能夠大幅度地提高硬盤整體性能。當(dāng)硬盤存取零碎數(shù)據(jù)時(shí)，需要不斷地在硬盤與內(nèi)存之間交換數(shù)據(jù)，有了大緩存，則可以將那些零碎數(shù)據(jù)暫存在緩存中，減小外部系統(tǒng)的負(fù)荷，也提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度。

目前主流硬盤的緩存容量通常為64M，一些低價(jià)位的硬盤緩存容量通常為16MB。硬盤背面的標(biāo)簽中通常會標(biāo)注硬盤緩存容量的大小，如圖6-18所示的硬盤中就標(biāo)注了硬盤緩存容量。

6.6 硬盤中的新貴——固態(tài)硬盤

固態(tài)硬盤（Solid State Disk）是用固態(tài)電子存儲芯片陣列而制成的硬盤，由控制單元和存儲單元（Flash芯片）組成。固態(tài)硬盤的接口在規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤完全相同。還有一種使用DRAM存儲的固態(tài)硬盤，但應(yīng)用非常少。這一節(jié)我們主要介紹Flash芯片陣列組成的SSD固態(tài)硬盤，如圖6-19所示。

6.6.1 固態(tài)硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

SSD硬盤內(nèi)部主要由PCB、控制芯片、緩存芯片、Flash芯片（閃存）組成，如圖6-20所示。

SSD硬盤內(nèi)部構(gòu)造十分簡單，主體其實(shí)就是一塊PCB，而這塊PCB上最基本的配件就是控制芯片、緩存芯片（部分低端硬盤無緩存芯片）和用于存儲數(shù)據(jù)的閃存芯片，如圖6-21所示。

主控芯片是固態(tài)硬盤的大腦，其作用是合理調(diào)配數(shù)據(jù)在各個(gè)閃存芯片上的負(fù)荷，并承擔(dān)整個(gè)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，連接閃存芯片和外部SATA或PCI-E接口。不同的主控芯片之間能力相差非常大，在數(shù)據(jù)處理能力、算法、對閃存芯片的讀取寫入控制上會有非常大的不同。

6.6.2 固態(tài)硬盤的接口

固態(tài)硬盤有SATA和PCI-E兩種接口，雖然理論上PCI-E接口要比SATA傳輸速度更快，但由于都已經(jīng)超過硬盤內(nèi)部速度的上限，所以使用中感覺差別不大，如圖6-22所示。

6.6.3 固態(tài)硬盤與機(jī)械硬盤的性能

1．固態(tài)硬盤的優(yōu)點(diǎn)

1）讀寫速度快。采用閃存作為存儲介質(zhì)，讀取速度比機(jī)械硬盤更快。固態(tài)硬盤不用磁頭，尋道時(shí)間幾乎為0。持續(xù)寫入的速度非常驚人，固態(tài)硬盤持續(xù)讀寫速度超過了550MB/s。與機(jī)械硬盤的100MB/s（實(shí)際只有幾十MB/s）的速度相比，這速度著實(shí)相當(dāng)可觀的。

固態(tài)硬盤的快絕不僅僅體現(xiàn)在持續(xù)讀寫上，隨機(jī)讀寫速度快才是固態(tài)硬盤速度的真正體現(xiàn)，這最直接地體現(xiàn)在絕大部分的日常操作中。與之相關(guān)的還有極低的存取時(shí)間，機(jī)械硬盤最快也要14ms左右，而固態(tài)硬盤則小于0.1ms。圖6-23展示了固態(tài)硬盤與機(jī)械硬盤的速度對比。

2）物理特性好，低功耗、無噪聲、抗震動、低熱量、體積小、工作溫度范圍大。固態(tài)硬盤沒有機(jī)械馬達(dá)和風(fēng)扇，工作時(shí)噪聲值為0分貝。基于閃存的固態(tài)硬盤在工作狀態(tài)下能耗和發(fā)熱量較低。內(nèi)部不存在任何機(jī)械活動部件，不會發(fā)生機(jī)械故障，也不怕碰撞、沖擊、振動。典型的硬盤驅(qū)動器只能在5～55℃范圍內(nèi)工作，而大多數(shù)固態(tài)硬盤可在-10～70℃環(huán)境下工作。固態(tài)硬盤比同容量機(jī)械硬盤體積小、重量輕。圖6-24展示了固態(tài)硬盤與機(jī)械硬盤功耗對比。

2．固態(tài)硬盤的缺點(diǎn)

1）容量小是固態(tài)硬盤最突出的缺點(diǎn)，目前機(jī)械硬盤最大已經(jīng)達(dá)到12TB容量，而固態(tài)硬盤由于其結(jié)構(gòu)的關(guān)系，最大也只有4TB。

2）價(jià)格昂貴。目前市場上，知名品牌的產(chǎn)品中，1TB固態(tài)硬盤售價(jià)800多元，這個(gè)價(jià)格可以購買兩塊2TB的機(jī)械硬盤了。

3．關(guān)于壽命

固態(tài)硬盤閃存具有擦寫次數(shù)限制的問題，這也是許多人詬病其壽命短的原因。閃存完全擦寫一次叫作1次P/E，因此閃存的壽命以P/E作單位。目前閃存芯片壽命約是1萬～10萬次P/E。一般可使用5～10年。

6.6.4 主流固態(tài)硬盤

固態(tài)硬盤的主要品牌有三星、Intel、鎂光、威剛、金士頓、OCZ、金勝、海盜船等。下面介紹兩款固態(tài)硬盤的主流產(chǎn)品。

1．三星系列固態(tài)硬盤

傳統(tǒng)硬盤由于速度的問題，嚴(yán)重阻礙了電腦整體性能的提升。而固態(tài)硬盤的興起，有可能解決這一問題。三星固態(tài)硬盤主板包括860 EVO系列、970 EVO系列等。

860 EVO系列延續(xù)原廠主控、閃存、緩存、固件的四位一體優(yōu)勢。860 EVO系列主要有250GB、500GB、1TB、4TB幾種容量，其采用S4LN045X01-8030（MEX）主控芯片，屬于ARM架構(gòu)的三核處理器，具備強(qiáng)悍的多任務(wù)、多路數(shù)據(jù)讀寫傳輸能力。接口類型為SATA3.0，緩存為512MB、1GB、4GB幾種規(guī)格，寫入速度為520MB/s。圖6-25展示了三星860 EVO 1TB固態(tài)硬盤。

2．美光固態(tài)硬盤

美光科技是著名的美國芯片制造商，在固態(tài)硬盤領(lǐng)域擁有領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢。美光M550系列采用Marvell88SS9189-BLD2主控芯片、20nm ONFI3.0 MLC閃存，大約6%～7%的閃存容量作為OP冗余緩存，用于壞塊替換、損耗均衡、循環(huán)和垃圾回收。目前，市場上美光M550系列擁有256GB、512GB、1TB和512G等不同容量的產(chǎn)品。圖6-26展示了美光的固態(tài)硬盤。

6.7 目前使用的硬盤

6.7.1 主流硬盤品牌

目前市場上主要的硬盤品牌包括希捷、西部數(shù)據(jù)、三星等品牌，這些硬盤采用的工藝略有不同，因此在性能上多少有些差異。對硬盤進(jìn)行選購時(shí)應(yīng)從其質(zhì)量和性價(jià)比等多方面進(jìn)行比較。

6.7.2 主流硬盤產(chǎn)品推薦

1．希捷新酷魚系列

希捷新酷魚2TB硬盤，單碟容量高達(dá)1TB，緩存為64MB，轉(zhuǎn)速為7200rpm，平均尋道時(shí)間為8.5ms（讀）和9.5ms（寫），采用SATA3.0接口，最高外圈速度為150MB/s，工作功率為8W，如圖6-27所示。

2．西部數(shù)據(jù)（WD）藍(lán)盤系列

西部數(shù)據(jù)（WD）藍(lán)盤系列采用SATA3.0接口，平均尋道時(shí)間為8.9ms，外部傳輸速度為126MB/s，緩存為64MB，工作噪聲為28～33分貝（dB），轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/秒，如圖6-28所示。

3．三星860 EVO系列固態(tài)硬盤

860 EVO系列采用64層V-NAND技術(shù)（V-NAND代表垂直NAND，它包含垂直堆疊的閃存單元和三維存儲單元，以獲得更大的密度和速度）。此外，驅(qū)動器采用MJX SATA控制器，搭配2GB LPDDR4 DRAM（僅適用于2TB型號），以提高速度和功率效率。

三星860 EVO系列硬盤可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)每秒560 MB/s的順序讀取速度和高達(dá)520 MB/s的順序?qū)懭搿Ｈ鐖D6-29所示。

6.8 硬盤選購要素詳解

硬盤作為個(gè)人電腦中最主要的外部存儲單元，其重要性是顯而易見的。硬盤除了是電腦上數(shù)據(jù)、資料的大倉庫外，對整機(jī)的性能而言，硬盤也扮演著重要的角色。就算你的電腦配有最快的CPU、硬盤、顯示器，但性能不佳的硬盤卻會嚴(yán)重降低電腦整體的性能。下面講解一下選購硬盤的幾大要素。

1．硬盤的容量

容量是硬盤最為直觀的參數(shù)，如今硬盤的最大單碟容量已經(jīng)超過了1TB，如此高的單碟容量使得當(dāng)今最大硬盤容量可達(dá)6TB。當(dāng)然，對一般用戶來說，1TB的硬盤已經(jīng)夠用了。而對喜歡從網(wǎng)上下載資料或視頻的用戶來說，2TB或者更大容量的4TB產(chǎn)品可能更加合適。

2．硬盤的品牌

現(xiàn)在市場上常見的硬盤有希捷、西部數(shù)據(jù)、日立、三星等品牌，其中希捷的性能價(jià)格比較高，使其市場占有量遙遙領(lǐng)先。而西部數(shù)據(jù)、日立跟隨其后，并且給自己的部分產(chǎn)品提供了兩年、3年及5年的質(zhì)保時(shí)間。

3．硬盤的轉(zhuǎn)速

目前市場上的硬盤主要有7200轉(zhuǎn)/分的產(chǎn)品，是今天的主流，性能也更高。所以一般情況下應(yīng)選購7200轉(zhuǎn)/分的產(chǎn)品。

4．硬盤的緩存容量

緩存容量的大小與轉(zhuǎn)速一樣，與硬盤的性能有著密切的關(guān)系，大容量的緩存對硬盤性能的提高有明顯的幫助。現(xiàn)在的主流硬盤緩存容量主要為64MB。當(dāng)然緩存越大，硬盤的性能越高，應(yīng)盡量選購緩存容量大的硬盤。

5．硬盤的接口

硬盤的接口方面沒多大的選擇余地，雖然現(xiàn)在市場上有SATA3.0和SCSI等接口標(biāo)準(zhǔn)，但是后一種價(jià)格相對昂貴，無法適合普通用戶的使用。目前SATA3.0接口是市場的主流接口產(chǎn)品。

6．穩(wěn)定性

硬盤的容量變大了，轉(zhuǎn)速加快了，穩(wěn)定性的問題也日漸凸現(xiàn)。如果硬盤的容量大、速度快，但穩(wěn)定性卻極差，可能會經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)死機(jī)故障。現(xiàn)在在硬盤的數(shù)據(jù)和震動保護(hù)方面，各個(gè)公司都有一些相關(guān)的技術(shù)給予支持，如DPS數(shù)據(jù)保護(hù)系統(tǒng)、SPS震動保護(hù)系統(tǒng)等，選購時(shí)應(yīng)注意查看。

7．硬盤的發(fā)熱與噪聲

發(fā)熱和噪聲當(dāng)然都是越低越好，這也是采用了液態(tài)軸承馬達(dá)技術(shù)的硬盤產(chǎn)品大受歡迎的原因。當(dāng)前采用該項(xiàng)技術(shù)的有希捷、三星等硬盤廠商。

8．硬盤的質(zhì)保時(shí)間

關(guān)于質(zhì)保時(shí)間，當(dāng)前常見的散裝硬盤產(chǎn)品多數(shù)都為3年，有些盒裝產(chǎn)品為5年。相對來說質(zhì)保時(shí)間越長越好。

9．區(qū)分“行貨”與“水貨”

辨認(rèn)“水貨”的方法為：看硬盤的代理商貼在自己代理的硬盤產(chǎn)品上的防偽標(biāo)簽；看硬盤盤體和代理保修單上的硬盤編號是否一致。大家購買時(shí)要注意看清這兩項(xiàng)，一般可以區(qū)分出來。

10．辨識“返修”與“二手”硬盤

“返修”的硬盤，廠家會在盤面上做出相應(yīng)的標(biāo)志。我們可以仔細(xì)觀察硬盤上標(biāo)注的日期，如果發(fā)現(xiàn)后面有字母“R”，這就說明它前面標(biāo)注的是硬盤返修的日期，而不是硬盤生產(chǎn)的日期，也就是說這是一塊返修硬盤。如果大家在硬盤上能夠找到印有“Refurbished”的字樣（中文意思為“整修”），這也同樣說明它是返修的硬盤。

“二手”硬盤因?yàn)橐呀?jīng)使用過，所以在它固定螺絲的兩側(cè)和SATA數(shù)據(jù)線接口等地方會有一些摩擦的痕跡，而新出廠的硬盤是不會有這些的。所以我們從外觀上就可以做出判斷。另外，還需要注意硬盤的生產(chǎn)日期。