机械硬盘与固态硬盘原理对比分析：HDD与SSD的深入解析

xinxi1368

本文将从原理上对机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）进行深入的对比分析。如果喜欢的话请点赞并收藏。

什么是硬盘

HDD是Hard Disk的缩写，一般称为“机械硬盘”，也是最常见的普通硬盘。它由磁盘、转轴、读写头、驱动臂、驱动轴、驱动器和永磁体组成。读写头通过驱动臂调整不同磁道的位置，驱动器随盘片旋转，通过磁头读取数据。

磁记录方式又分为：

现在主要用的是PMR，它分为：

CMR性能比SMR要好，所以购买机械硬盘时一定要注意这个参数。

内部结构

词汇表

磁头固定在一个位置。磁盘旋转后，磁头在磁盘上留下的圆形磁道称为磁道。不同的半径会形成不同的轨迹。

上图中的黄色圆圈就是指赛道。

轨道进一步分为多个具有相同角度的圆弧，称为扇区。那么为什么我们需要划分弧呢？这是为了增加粒度，有效提高数据读写的效率。

上图中的红色饼图形状指的是扇区。

在垂直方向上，不同磁盘上相同编号的磁道形成垂直柱面。

上图中蓝色的圆柱面就是圆柱面。

什么是SSD

SSD是Solid State Disk的缩写，一般简称为“固态硬盘”。 SSD与机械硬盘HDD的不同之处在于它没有移动机构。相反，它使用 NAND 闪存技术进行存储。

固态硬盘 (SSD) 使用电子电路读取和写入数据。由于不需要机械机构来完成读写，因此SSD的功耗比HDD低。

HDD与SSD对比分析

HDD和SSD各有优缺点，适合自己的就是最好的。下面从容量、速度、寿命、价格四个方面进行比较。

SSD受到存储颗粒的限制。目前，普通消费者购买的SSD容量一般不超过4TB。

硬盘容量大，市场主流销售可达20TB。

无论是顺序读写还是4K读写，SSD访问数据的速度都远高于HDD。尤其是小文件的读写。

我们日常使用磁盘时，大多是读写小文件。因此，将硬盘升级为SSD确实可以大幅提升电脑的性能。

顺序读写

HDD：HDD的大文件读写速度一般在100-260M/s之间，SMR会低于这个值。

SSD：基于SATA协议，约为500~700M/s，基于NVME，可高达3000+M/s。

随机读写（4K）

HDD：海量小文件读写速度很低，大约几M/s

SSD：基于SATA协议的大约30+M/s，基于NVME的大约100+M/s。

机械硬盘HDD在长期断电后数据可保存10年以上。

连续断电一年后，固态硬盘（SSD）会因浮栅中的电子衰减而完全丢失数据，并且丢失的数据无法恢复。大家应该注意这一点。

参考电商平台京东最新HDD和SSD价格如下：

机械硬盘：1TB SATA CMR 7200转西数售价299。

固态硬盘：西数1TB NVME/S的价格是750。

如上所述，相同品牌、相同容量的SSD仍然比HDD贵一倍以上。

常见硬盘协议

AHCI：Host 的缩写，高级主机控制器接口。

NVMe：Non Host 的缩写，非易失性内存主机控制器接口规范。

AHCI和NVMe协议是用于系统和存储硬件之间通信的上层协议。

SATA：ATA的缩写，即 ATA。它是“SATA工作组”于2000年11月提出的一种计算机总线，主要用于主板和大容量存储设备之间的数据传输。该总线具有结构简单、支持热插拔的特点。 SATA接口包括SATA1.0、SATA2.0和SATA3.0。所有SATA都是向前兼容的，接口相同，但传输速度不同。

mSATA：从名字上就可以看出，它是SATA的迷你版。尺寸较小。

M.2：有两种类型：NVMe（M key）和NGFF（B key）。

PCIe：串行计算机扩展总线标准的缩写。目前有PCIe1.0、PCIe2.0、PCIe3.0、PCIe4.0、PCIe5.0等多个版本。不同版本有不同的传输速率。

以上从HDD和SSD的概念、原理、对比分析、常用协议等方面进行了深入的探讨。如果喜欢的话请点赞并收藏。