科普啦，硬盤結構詳解，固態和機械到底有啥區別？數碼頭條網

科普啦，硬盤結構詳解，固態和機械到底有啥區別？

硬盤是計算機的主要外部存儲設備。計算機中的存儲設備種類非常多，常見的主要有軟盤、硬盤、光盤、U 盤等，甚至還有網絡存儲設備 SAN、NAS 等，不過我們使用最多的還是硬盤。

如果從存儲數據的介質上來區分，那麼硬盤可以分為機械硬盤（Hard Disk Drive, HDD）和固態硬盤（Solid State Disk, SSD），機械硬盤採用磁性碟片來存儲數據，而固態硬盤是通過閃存顆粒來存儲數據的。

機械硬盤(HDD)

機械硬盤的物理結構

我先來看看最常見的機械硬盤。機械硬盤的外觀大家可能都見過，那麼機械硬盤拆開後是什麼樣子的呢？如圖 1 所示。

圖 1 機械硬盤結構

機械硬盤主要由磁盤盤片、磁頭、主軸與傳動軸等組成，我們的數據就存放在磁盤盤片當中。大家見過老式的留聲機嗎？留聲機上使用的唱片和我們的磁盤盤片非常相似，只不過留聲機只有一個磁頭，而硬盤是上下雙磁頭，盤片在兩個磁頭中間高速旋轉，類似圖 2。

圖2 磁盤盤片

也就是說，機械硬盤是上下盤面同時進數據讀取的。而且機械硬盤的旋轉速度要遠高於唱片（目前機械硬盤的常見轉速是 7200 r/min），所以機械硬盤在讀取或寫入數據時，非常害怕晃動和磕碰。另外，因為機械硬盤的超高轉速，如果內部有灰塵，則會造成磁頭或盤片的損壞，所以機械硬盤內部是封閉的，如果不是在無塵環境下，則禁止拆開機械硬盤。

機械硬盤的邏輯結構

我們已知道數據是寫入磁盤盤片的，那麼數據是按照什麼結構寫入的呢？機械硬盤的邏輯結構主要分為磁道、扇區和拄面。我們來看看圖 3。

圖3 磁道和扇區

什麼是磁道呢？每個盤片都在邏輯上有很多的同心圓，最外面的同心圓就是 0 磁道。我們將每個同心圓稱作磁道（注意，磁道只是邏輯結構，在盤面上並沒有真正的同心圓）。硬盤的磁道密度非常高，通常一面上就有上千個磁道。但是相鄰的磁道之間並不是緊挨著的，這是因為磁化單元相隔太近會相互產生影響。

那扇區又十麼呢？扇區其實是很形象的，大家都見過摺疊的紙扇吧，紙扇打開後是半圓形或扇形的，不過這個扇形是由每個扇骨組合形成的。在磁盤上每個同心圓是磁道，從圓心向外呈放射狀地產生分割線（扇骨），將每個磁道等分為若干弧段，每個弧段就是一個扇區。每個扇區的大小是固定的，為 512Byte。扇區也是磁盤的最小存儲單位。

柱面又是什麼？如果硬盤是由多個盤片組成的，每個盤面都被劃分為數目相等的磁道，那麼所有盤片都會從外向內進行磁道編號，最外側的就是 0 磁道。具有相同編號的磁道會形成一個圓柱，這個圓柱就被稱作磁盤的柱面，如圖 4 所示。

圖4 柱面

硬盤的大小是使用"磁頭數 x 柱面數 x 扇區數 x 每個扇區的大小"這樣的公式來計算的。其中，磁頭數（Heads）表示硬盤共有幾個磁頭，也可以理解為硬盤有幾個盤面，然後乘以 2；柱面數（Cylinders）表示硬盤每面盤片有幾條磁道；扇區數（Sectors）表示每條磁道上有幾個扇區；每個扇區的大小一般是 512Byte。

硬盤的接口

機械硬盤通過接口與計算機主板進行連接。硬盤的讀取和寫入速度與接口有很大關係。大家都見過大禮堂吧，大禮堂中可以容納很多人，但是如果只有一扇很小的門，那麼人是很難進入或出來的，這樣會造成擁堵，甚至會出現事故。機械硬盤的讀取和寫入也是一樣的，如果接口的性能很差，則同樣會影響機械硬盤的性能。

目前，常見的機械盤接口有這樣幾種。

IDE 硬盤接口（ntegrated Drive Eectronics，並口，即電子集成驅動器）也稱作"ATA硬盤"或"PATA硬盤"是早期機械硬盤的主要接口，ATA133 硬盤的理論速度可以達到 133MB/s（此速度為理論平均值），IDE 硬盤接口如圖 5 所示。