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固态硬盘的前世今生

前言:机械硬盘的前世今生:在看固态硬盘正文之前,先温故而知新,了解一下机械硬盘的历史和工作原理,以便于将两者相比较。(机械硬盘历史参考于2001年购买的《微型计算机》,而文中的比喻由我总结 1956年,美国IBM公司发明了世界上第一块容量为5兆的硬盘。

前言:机械硬盘的前世今生:在看固态硬盘正文之前,先温故而知新,了解一下机械硬盘的历史和工作原理,以便于将两者相比较。(机械硬盘历史参考于2001年购买的《微型计算机》,而文中的比喻由我总结固态硬盘的前世今生

1956年,美国IBM公司发明了世界上第一块容量为5兆的硬盘。1956年9月,IBM一个工程小组向全世界展示了第一台磁盘存储系统IBM 350 RAMAC,它的磁头可以直接移动到盘片上任何一块区域,从而实现了随机存储。共使用了50个直径24寸的磁盘,盘片表面覆盖了一层磁性物质,这些盘片叠起来固定在一起,绕着同一个轴旋转。IBM 350 RAMAC的用途当时仅局限于太空,医学等领域。

由于IBM 350 RAMAC体积庞大,性能不高,使用和制造都不方便,因此于1968年,IBM又提出了温彻斯特技术,它的精髓是:密封,固定,并高速旋转的镀磁盘片,磁头沿盘片径向移动,并且磁头悬浮,不与盘片接触,这是个划时代的发明,这就是现代绝大多数机械硬盘的原型。

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1979年,IBM发明了薄膜磁头。从而进一步减小硬盘体积,增大容量,提高读写速度。

20世纪80年代末期,IBM对硬盘发展的又一项重大贡献,发明了MR磁阻,这种磁头在读取数据时对新号变化相当敏感。使得盘片存储密度提高十倍。

1991年,IBM制造的机械硬盘首次达到1GB。(现在的硬盘达到了单碟1000G)

下图为机械硬盘的拆解固态硬盘的前世今生机械硬盘的工作原理:如果把硬盘磁头(MR磁头)比喻作“笔”,那么磁盘盘面就是“笔”下的“纸”。而有了“纸”和“笔”,要让“笔”在“纸”上顺利写字,还需要“手”的控制,而手就是硬盘主轴上的马达(液态轴承马达)了。硬盘正因为有了马达,才可以带动磁盘在真空封闭环境下高速旋转,马达高速旋转所产生的浮力使磁头悬浮在盘片上方进行工作,硬盘工作时,通过马达的连动,将需要存储数据的扇区带到磁头下方,马达转速越快,等待记录的时间就越短。所以马达的转速很大程度上决定了硬盘的最终速度。(5400转,7200转,1万转,1万5千转)

固态硬盘的前世今生硬盘的平均寻道时间,平均访问时间和平均潜伏时间:平均寻道时间就是指硬盘在盘面上移动磁头至指定磁道寻找相应目标数据所用的时间(单位毫秒),而平均访问时间是平均寻道时间和平均潜伏时间的总和。平均访问时间基本代表了硬盘找到某一数据所用的时间,而平均潜伏时间是指相应磁道旋转到磁头下方的时间。(打个比方,流水线工人,流水线上面的零件随着流水线传送皮带移动到工人的面前的时间为“潜伏时间”,而工人的手从空闲位置移动到零件上方的时间就是“寻道时间”,而这个工人的工作效率是由他自己手的快慢,和流水线传送皮带的速度所决定的,这两个所花费时间的总和就是“访问时间”。

这样我们对机械硬盘有了个大致的了解(便于文章最后探讨机械硬盘和固态硬盘的优缺点比较),那么进入正题吧,固态硬盘的前世今生:

  1. 固态硬盘的前世:机械硬盘必须由磁头,悬架,转轴和盘片组成的机械架构,而遗憾的是,由于机械架构的存在,硬盘不能像CPU那样通过改进制造工艺,在一定的空间内放置更多的晶体管提高性能。目前硬盘的主轴转速基本没有太大的提高空间了,主流的7200RPM已经很久没有提高了。而万转成本太高只用于企业级领域。上世纪70年代,StorageTek公司开发了一个固态硬盘驱动器。由于成本高昂,速度缓慢,性能不稳定,使得它被悄无声息的扼杀于摇篮之中。直到1989年,世界上第一块固态硬盘才应用于医疗和军用领域。2007年7月,IBM在其刀片式服务器上,部署了SanDisk SSD,于是固态硬盘再一次走进了人们的视野。所以固态硬盘不是什么新生事物了,已经25岁(1989年SSD正式开始应用算起)的固态硬盘,可以算是风华正茂,精力旺盛的青年了。

    固态硬盘的前世今生

    2.固态硬盘的今生:SSD (Solid State Drive)中文就是:固态硬盘,SSD由控制单元(主控芯片),缓存(Catch)以及存储单元(FLASH芯片)组成,简单的说就是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘。目前的机械硬盘都是磁碟型的,数据必须储存在磁碟扇区里,而固态硬盘数据则储存在芯片里。固态硬盘没有磁头,磁头臂,自然寻道时间,访问时间,潜伏时间为零。

    固态硬盘的前世今生

    最后的总结,以及机械硬盘与固态硬盘优缺点的比较:

    固态硬盘与机械硬盘相比较,显而易见的优点:

    1.读写速度快:采用闪存作为存储介质,读取和写入速度相比机械硬盘更快。固态硬盘不用磁头,寻道时间几乎为0。大部分SSD持续读取的速度超过了500MB/s(而机械盘不组阵列只有150MB/s)。固态硬盘的快不仅仅体现在持续读写上,随机读写速度快才是固态硬盘的终极必杀技,因为随机读写才是与绝大部分的日常操作息息相关,与之相关的还有极低的存取时间,最常见的7200转机械硬盘的寻道时间一般为12-14毫秒,而固态硬盘可以轻易达到0.1毫秒甚至更低。(体现在开机时间,游戏场景的读取和复制文件上面)

    2.防震抗摔性: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制作而成,所以SSD固态硬盘内部不存在任何机械部件,这样即使在高速移动甚至翻转,倾斜的情况下也不会影响到正常使用,而且在发生碰撞和震荡时能够将数据丢失的可能性降到最小。相较机械硬盘的防震性,固态硬盘占有绝对优势。

    3.无噪音:固态硬盘没有机械马达和磁头臂,工作时噪音值为0分贝。基于闪存的固态硬盘在工作状态下能耗和发热量较低。内部不存在任何机械活动部件,不会发生机械故障,就不会产生磁头臂寻道,读写而引起的振动声音。所以具有了噪音小,发热量小、散热快的特点。

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    4.工作温度范围大:机械硬盘可以在0~60度的温度范围内正常工作,而固态硬盘可以在-10~75度的温度范围内正常工作。

    5.固态硬盘比起老态龙钟的机械盘,重量轻的多,便于携带和运输。运输过程也不怕摔撞,而机械硬盘遇到暴力快递就遭殃了。。。。



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