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- 1、硬盘的结构与原理：纯科普，那些大家都在说的固态硬盘和机械硬盘你真的了解吗？
- 2、硬盘的结构与原理，固态硬盘工作原理
1、硬盘的结构与原理：纯科普，那些大家都在说的固态硬盘和机械硬盘你真的了解吗？
先说说机械硬盘(HDD)的结构和工作原理
机械硬盘即是传统普通硬盘，主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。
机械硬盘中所有的盘片都装在一个旋转轴上，每张盘片之间是平行的，在每个盘片的存储面上有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小，所有的磁头联在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。
磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。
这个原理说白了就是
类似以前的VCD播放碟片的那个道理，就是由磁头在转动的盘片上转动寻找文件所在位置，机械硬盘在运动或磕碰中容易损坏硬盘，同时工作时能承受的温度范围较小，但机械硬盘可读取次数较高所以寿命长，所以也容易做大容量的储存设备。
下面来说说固态硬盘(SSD)
固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与机械硬盘的相同，在外观上还是有一些区别。固态硬盘没有机械硬盘的旋转介质，也没有复杂的机械结构。
这是固态硬盘的结构
多补充一句固态硬盘采用闪存颗粒来存储，机械硬盘采用磁性碟片来存储。因为结构的不同，所以固态硬盘的芯片的工作温度范围很宽，在一些专业领域应用的也比较广泛
来对比一下机械硬盘与固态硬盘
从防震抗摔性来说
目前的机械硬盘都是磁碟型的，数据储存在磁碟扇区里。
而固态硬盘是使用闪存颗粒（就是现在MP3、U盘等存储介质）制作而成，因为SSD固态硬盘内部不存在那些机械部件，这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下受到的影响很小，同时这样也将意外情况下数据丢失的可能降低了
相较机械硬盘，在防摔上固态硬盘优势很大了
在数据存储速度上
固态硬盘还是有优势
从一些评测数据来看，固态硬盘相对机械硬盘性能提升2倍多。自己使用过程中也有感觉固态硬盘的开机速度远快于机械硬盘
功耗上，固态硬盘肯定功耗会大一些。同时因为固态硬盘没有机械结构，重量也会比机械硬盘轻一些(这个好像没有什么意义)
噪音和发热
因为固态硬盘它没有无机械部件，用的是闪存芯片，所以具有了发热量小、散热快
而且而机械硬盘有机械马达和风扇，工作噪音就比较明显了
在寿命上，固态硬盘要差的多了
SLC只有10万次的读写寿命，成本低廉的MLC，读写寿命仅有1万次，读写次数用完了理论上是对后面的数据读写是影响的(有可能有例外)，但是基本的寿命也是五年到十年
机械硬盘理论上可达10亿次以上，使用时间的话可以一直伴随着电脑用到报废
2、硬盘的结构与原理，固态硬盘工作原理
固态硬盘（Solid State Drives）简称SSD，是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元组成。
分类
固态硬盘的存储介质分为两种：一种是闪存（FLASH芯片），另外一种是DRAM。
基于闪存的固态硬盘是固态硬盘的主要类别，主要由控制芯片，缓存芯片和闪存芯片构成。其中控制芯片主要承担数据调配、数据中转以及连接闪存芯片和外部SATA接口。缓存芯片主要用于辅助控制芯片进行数据处理。而闪存芯片则是用于数据读写。
此外，基于闪存的固态硬盘中存储单元又分：SLC(Single Level Cell）单层存储单元、MLC(Multi Leveled Cell）多层存储单元以及TLC( Triple-cell-per-bit)三层存储单元等。
在SLC架构中，每Cell可存储1bit数据， MLC架构中每Cell可以存储2bit数据，而TLC架构每Cell可以存储3 bit数据。
存储原理
Flash的最小存储单元是晶浮栅晶体管，对应于磁盘中的一个bit的存储单元。SSD中，在存储单元晶体管的栅（Gate）中，注入不同数量的电子，通过改变栅的导电性能，来改变晶体管的导通效果，从而实现对不同状态的记录和识别。在SLC架构中，栅中的电子数目多与少，带来的只有两种导通状态，对应读出的数据就只有0/1；MLC架构中，栅中电子数目不同时，可以读出多种状态，能够对应出00/01/10/11等不同数据。
因此，SSD数据处理都要进行加电处理，加电的过程等同于HDD硬盘的数据写入操作，断电的过程电位恢复，相当于HDD硬盘的擦除。数据完整的一次P/E循环就是NAND的写入循环。因为P/E循环次数是有限的，这也就直接影响到SSD的寿命。但是根据存储架构的不同，SDD的寿命也是有差别的。
由于SLC结构简单，在写入数据时电压变化的区间小，所以寿命较长，传统的SLC NAND闪存可以经受10万次的读写。而且因为一组电压即可驱动，所以其速度更好；而 MLC采用较高的电压驱动，通过不同级别的电压在一个块中记录两组位信息，这样就可以将原本SLC的记录密度理论提升一倍。不过，MLC的缺点也很明显，其写入寿命较短，读写方面的能力也比SLC低；.TLC采用三层存储单元，因此可以以较低的成本实现更大的容量。但是，由于TLC拥有多达8个电平状态，因此在电位控制上更加复杂，特别是写入速度会大受影响，延迟增加。加之众多的电平状态，其使用寿命更短。
基于DRAM的固态硬盘是采用DRAM作为存储介质，应用范围较窄。它仿效传统硬盘的设计，可被绝大部分操作系统的文件系统工具进行卷设置和管理，并提供工业标准的PCI和FC接口用于连接主机或者服务器。应用方式可分为SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。它是一种高性能的存储器，而且使用寿命很长。但是基于DRAM的固态硬盘的费用也是非常昂贵，因为基于DRAM的固态硬盘内部必须持续供电，而且还得为其做备份。
固态硬盘对比传统机械硬盘
优点：
1、 固态硬盘没有风扇和机械马达，所以没有噪音。
2、 快速随机读取，读取速度快。
3、 启动快，没有电机加速旋转的过程。
4、 固态硬盘比传统的硬盘工作温度范围大。普通的硬盘驱动器只能在5到55摄氏度范围内工作。而固态硬盘可在-10~70摄氏度工作，一些工业级的固态硬盘还可在-40~85摄氏度，甚至更大的温度范围下工作。
5、 内部不存在机械活动因此不怕碰撞、冲击、振动。
6、 相对固定的读取时间。由于寻址时间与数据存储位置无关，因此磁盘碎片不会影响读取时间。
缺点：
1、 价格贵，当然随着现在技术的发展，SSD价格逐渐偏向亲民化，但是对比同等容量的HDD来说还是依然显贵。
2、 普遍容量较低，这是相对HDD主流为TB级而言。当然不久前三星就发布了目前世界上容量最大的硬盘——16TB，且为SSD。虽然三星未公布它的价格，但不难想象对于我们普通用户来说，只有仰望的份了。
3、 数据损坏难以恢复。一般的机械式硬盘如果发生损坏，通过数据恢复也许还能挽回一部分数据，但是如果是固态存储，一但芯片发生损坏，想要恢复几乎不可能。
4、 写入寿命有限（基于闪存）。一般闪存写入寿命为1万到10万次，特制的可达100万到500万次，然而整台计算机寿命期内，文件系统的某些部分（如文件分配表）的写入次数仍将超过这一极限。
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