电脑硬件知识科普第05课，机械硬盘简介

本篇内容结构如下：

1.概述

硬盘主要分为机械硬盘（HDD）、固态硬盘（SSD）和混合硬盘（SSHD）三种。其中，个人电脑中常用的为机械硬盘和固态硬盘。

本篇主要介绍机械硬盘。

机械硬盘即传统普通硬盘，它主要由盘片、磁头、盘片转轴、控制电机、磁头控制器等部件组成。

工作原理

从工作原理上来讲，机械硬盘是用磁性来记录数据的，我们都知道磁铁有N北极和S南极，那么也就可以用这个磁性来表示0和1。

而机械硬盘的磁盘上分布有大量的磁性颗粒。

机械硬盘的磁头是一块电磁铁。

电脑会根据数据生成的0和1来控制电磁铁通电，从而改变磁块的磁性，这样就起到了记录数据的作用。

读取数据时，读取磁头再根据磁性的不同就可以还原出大量的0和1这样的2进制代码，这些代码经电脑转化，就成了我们能看得懂的文件了。

垂直式和叠瓦式

在2004年以前，机械硬盘大都采用上图所示水平式记录技术，一个盘片上放不下太多的磁性颗粒，自然也就记录不了太多的数据。

但后来人们研发出来垂直式(PMR)记录技术的，这样就可以在盘片中放下更多的磁性颗粒，硬盘的容量也变得更大了。

再后来，一些硬盘厂商为了进一步提升机械硬盘的容量，节省成本，研发出叠瓦式(SMR)排列技术。就是把每个磁快像瓦片一样重叠排列在一起，这样就可以更进一步地提升磁性颗粒的密度，增大机械硬盘的容量。

叠瓦式排列技术看上去很好，但新技术也会带来新的问题。由于机械硬盘的写入磁头比较大，所以磁头在改变磁块磁性的时候，会牵连到后面的磁块。

在这种情况下，如果我们要修改中间某一个磁块的磁性，采用垂直式技术的硬盘可以直接更改，但是采用叠瓦式技术的硬盘由于其磁性颗粒更密集，磁头一次会修改两个磁块。

因此，采用叠瓦式技术的硬盘只能把后面的数据全都复制一份到缓存里，然后对这个磁块进行修改，之后再把缓存里的数据一个一个写上来，如此一来修改文件的效率就大打折扣了。所以叠瓦式机械硬盘不适合进行频繁的数据修改，它不适合做电脑的系统盘，也不适合装软件和游戏，只适合作为数据仓库使用。

2.主要参数

虽然固态硬盘替代机械硬盘的趋势看似已成定局。但近年来，随着存储需求增大，又有人打起了机械硬盘的主意。毕竟和固态硬盘相比，机械硬盘存在着价格、容量和使用寿命上的优势。

如果我们要为电脑选择一款机械硬盘，值得关注的参数有以下几个。

硬盘容量的单位为兆字节（MB）或千兆字节（GB），目前的主流硬盘容量为1TB～2TB。影响硬盘容量的因素有单碟容量和碟片数量。

单碟容量：单碟容量越大，硬盘的传输速率将获得很大程度提高。采用容量更大盘片的硬盘，在软件测试上的平均持续传输速率会获得超过25%的性能提升。
碟片数量：机械硬盘有双片和单片之分，单片速度快，双片速度慢，因此碟片数量越少机械硬盘的速度越快（相同容量情况下）。

在使用电脑时许多人发现，电脑中显示的硬盘容量往往比硬盘标签上容量标注值要小，这是因为不同的单位转换关系造成的。我们知道，在电脑中1GB=1024MB，但硬盘厂商通常是按照1GB=1000MB进行换算的。

转速(Rotationl Speed)，是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一，它是决定硬盘内部传输率的关键因素之一，在很大程度上直接影响到硬盘的速度。

硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快，相对的硬盘的传输速度也就得到了提高。硬盘转速以每分钟多少转来表示，单位表示为RPM，RPM是Revolutions Perminute的缩写，是转/每分钟。RPM值越大，内部传输率就越快，访问时间就越短，硬盘的整体性能也就越好。

硬盘的主轴马达（盘片转轴）带动盘片高速旋转，产生浮力使磁头飘浮在盘片上方。要将所要存取资料的扇区带到磁头下方，转速越快，则等待时间也就越短。因此转速在很大程度上决定了硬盘的速度。

一般硬盘的平均访问时间为十几毫秒，但RAM（内存）的速度要比硬盘快几百倍。所以RAM通常会花大量的时间去等待硬盘读出数据，从而也使CPU效率下降。于是，人们采用了缓存技术来解决这个矛盾。

“缓存”是为了平衡高速设备和低速设备之间的速度差异而存在的。举个最简单的例子，内存中的数据要写入机械硬盘保存，由于机械硬盘相比内存要缓慢许多，理论上就需要很长的时间才能完成任务，体现出来的结果就是写入超级慢。要解决这种速度上的差异（内存速度与硬盘速度的差异），就需要在硬盘和内存之间做一个“缓冲区”来暂存数据，这就是硬盘缓存的作用。

如果简单地根据硬盘缓存的容量来判断硬盘的性能，硬盘上的缓存容量越大当然越好（同容量下），大容量的缓存对提高硬盘速度很有好处。不过，由于目前机械硬盘还分为垂直式和叠瓦式（前面介绍过），其中采用叠瓦式技术的硬盘在修改文件的时候需要把一部分数据内容复制到缓存里。所以此类硬盘缓存容量一般会比较大，一般都是256MB缓存。因此，大容量缓存并不一定意味着硬盘的速度更快。

从整体的角度上，硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI、光纤通道和SAS五种。

目前，笔记本型电脑和台式电脑都采用SATA接口，SATA接口的硬盘相对于老式的IDE接口，数据传输更快。

采用SATA接口的优点是：SATA不需要设置主从盘跳线，支持热插拔，可以像U盘一样使用。

另外：

SATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s。
SATA 2.0的数据传输率达到300MB/s。
SATA 3.0版本则能达到600MB/s的传输速度。

3.常见品牌

目前，市场上常见的机械硬盘品牌是西部数据、希捷、东芝和HGST（原来的日立）。

西部数据

西部数据的英文名为“Western Digital”（WD）西部数据公司成立于1970年，它是一家享誉全球的硬盘生产商，深受广大主流用户喜爱。

东芝英文名为“TOSHIBA”，创立于1875年，它是一家世界500强企业。目前东芝机械硬盘在主流市场中的销售情况并不乐观，主要原因是西部数据和希捷两大品牌已经占领了主要市场份额。

HGST

HGST是原日立公司的硬盘业务。目前已被西部数据公司收购。其主要业务针对笔记本型电脑的2.5寸机械硬盘市场

4.硬件寿命

机械硬盘与固态硬盘相比，其理论寿命优于固态硬盘，这是因为机械硬盘的内部构造全是机械产品，主要是盘片、磁头、盘片转轴、控制电机、磁头控制器等部件。这样的机械构造，虽然限制了它的体积，容量和速度，但是只要机械部件不损坏，尤其是磁头磁盘不出问题，那么它的寿命是可以很长久的。

一般来说，机械硬盘的使用寿命如果按小时计算是4万小时左右，按年算的话大约是10年左右，按读写次数来计算则是10W次以上。当然，这是指普通用户在正常工作、游戏中使用，如果电脑长时间不关机保持24小时持续工作，机械硬盘的实际寿命大约在3年左右。

5.日常维护

机械硬盘在日常使用的过程中，应注意以下几个问题：

防止震动：硬盘在工作时磁头与盘片距离很近，此时如果受到震动就有可能会对磁头与盘片造成破坏。因此，我们在使用电脑时，应注意不要在电脑工作时挪动主机的位置。
防止断电：一般机械硬盘的转速为5400-7200RPM，在进行读写时，其内部盘片处于高速旋转状态中。此时如果忽然切断电源，将使得磁头与盘片猛烈磨擦，从而导致硬盘出现坏道甚至损坏。