上一章讲过了内存是什么，以及它的性能该怎么看。我们知道内存是CPU和硬盘之间交换数据的桥梁，这一章我们就顺着往下说一说硬盘。这个平时讨论不太多的东西，也有很多需要了解的内容。

内容为是新手向，主要以基础知识为主，复杂的内容和扩展知识，作为思考题列在文末，供选择性学习。

硬盘是电脑中最主要的长期存储设备，负责保存系统、驱动等底层文件，还有在安装的程序软件和个人的资料，断电后数据也不丢失。

衡量硬盘的强弱主要看硬盘对外传输数据的速度，和硬盘自身读写数据的速度。读写能力主要与硬盘的类型和工作原理有关；传输能力主要与传输的接口、总线和协议有关。

• 硬盘的类型（存储介质）

根据存储介质和工作原理的不同，硬盘通常分成两个类别：机械硬盘和固态硬盘。

机械和固态都非常常见于当前的台式机电脑市场。机械硬盘因容量价格比很高，常用来当作大容量后备存储；固态因价格高，但效率快，一般用作系统、软件、游戏的主要存储，从而形成机械加固态的配置组合。高预算的消费者不计性价比，往往全部使用固态硬盘；但是目前已很少有全部使用机械硬盘的了，预算再低，一般也会留出一块小容量固态作为系统存储。

• 硬盘的接口类型

除了要看自身的读写速度之外，还需要看与外界传输交换数据的能力。这就要看硬盘是怎样与其他硬件连接在一起的，这些插槽就是接口。不同的接口所容纳的数据通道和传输数据的规则是不一样的，这就是总线和协议。

接口类型有很多，其中也包含多种总线和协议，消费级领域硬盘基本上都是SATA接口和M.2接口。像msata、U.2、PCIe等等接口不太常见。

目前主流的接口通道协议类型有下面这些：

接口、总线（通道）、协议共同决定了硬盘传输数据的能力。当前最常见的是SATA硬盘和M.2 NVMe固态硬盘。

• 机械硬盘及其参数

机械硬盘内部结构主要是一张张可旋转的磁片和一个个磁头。通过磁片旋转和磁头的移动来定位数据位置进行读写。

这是简化的机械硬盘工作原理。盘面和磁头都有磁性，通过在相应位置磁性改变和感应来存储记录数据。磁道和扇区是记录数据的位置，通过磁盘旋转加上磁头移动来达到相应的位置。

受限于依靠机械运动来存取数据的特点，机械硬盘互相之间性能的差距并不大。主要影响因素为寻找并传输数据速度和磁盘记录技术。

主轴转速RPM：转速影响了找数据的快慢和单位时间能找到的数据多少。目前消费级市场主流机械硬盘转速为7200RPM，即每分钟7200转。5400RPM的主要见于笔记本或便携式移动硬盘，注意区分即可。

平均寻道时间和平均延迟（潜伏期）：寻道时间指磁头在盘片上移动到目标数据所在磁道的时间，平均延迟指磁头达到对应磁道后，盘片把数据所在的扇区旋转到磁头下的时间。寻道时间受盘片密度影响，平均延迟受转速RPM的影响。目前主流的7200转硬盘寻道时间约在8-12毫秒左右，延迟时间在4.2毫秒左右；5400转硬盘寻道时间约在12-15毫秒左右，延迟时间在5.6毫秒左右.

内部传输速率和缓存：内部传输率指‌定位到数据后磁头从盘片读取数据到硬盘缓存的速度，主要受转速、磁道密度和记录技术的影响。由于受到机械结构的限制，实际内部传输速率大约在150-250M/s左右，却决于数据记录位置和碎片化程度。

缓存是机械硬盘内部的一块存储颗粒，类似与CPU缓存，它的作用就是预存和预取，减少机械等待时间，加速与外部数据交换。目前主流机械硬盘硬盘缓存大多为64M。

记录技术（CMR vs SMR）：CMR为垂直记录，盘片上的磁道如上图所示，是平行的同心圆，磁道之间有隔离距离，CMR记录技术是目前主流。

SMR是叠瓦式技术，它的盘片上磁道像叠瓦片一样重叠，这样是为了在同样的盘片容量下容纳更多磁道，来提升存储密度。但是缺点也很明显，尤其是在写入的时候，重叠的磁道会产生“干扰”，邻磁道的数据需要重新读取并二次整理。若短时间写入数据量突然变大，影响到的相邻磁道越多，缓存就越容易爆满，导致硬盘突然掉速，因此SMR硬盘通常会配备更大的缓存。SMR适合用于顺序写入多的场景，如监控视频。或者用于不经常改写的大容量冷数据存储。相比之下，CMR技术硬盘更适合随机读写场景较多的个人电脑。

个人电脑在选择时挑选7200转，CMR技术的硬盘即可，这也是市场主流。

因篇幅限制，本期就只讲硬盘类型和机械硬盘，下一期重点讲固态硬盘的参数。

• 课后思考题&扩展查阅

1、SATA固态和M.2固态的存储介质都是闪存颗粒，本质没有区别，为什么SATA固态速度要比M.2固态慢？

2、机械硬盘的缓存是不是越大越好？

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