孫瑞

摘 要：機(jī)械硬盤(pán)和固態(tài)硬盤(pán)是目前市面上最為常見(jiàn)的兩種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備，二者具有截然不同的實(shí)現(xiàn)原理和工作特性。本文通過(guò)對(duì)二者從原理到性能、價(jià)格等與普通消費(fèi)者息息相關(guān)的方面進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)比分析，從而對(duì)普通用戶在這二者的認(rèn)識(shí)與選擇上起到一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械硬盤(pán)；固態(tài)硬盤(pán)；原理；性能；價(jià)格

1 前言

從計(jì)算機(jī)誕生的那一刻起，存儲(chǔ)設(shè)備就扮演著不可或缺的角色。最初的硬盤(pán)如著名的IBM RAMAC都是體積巨大并且十分沉重的大家伙，直到1980年前后，IBM推出了薄膜磁頭技術(shù)，才讓我們徹底告別了那些龐然大物。隨后我們把越來(lái)越多的注意力放在存儲(chǔ)密度和速度上，當(dāng)然也沒(méi)有忘記追求更小更便捷的理念。但是，由于機(jī)械硬盤(pán)先天的設(shè)計(jì)使得我們不得不面對(duì)其機(jī)械零部件的穩(wěn)定性及抗震性等諸多問(wèn)題。而近年來(lái)，一種新形態(tài)的存儲(chǔ)設(shè)備開(kāi)始嶄露頭角，即固態(tài)硬盤(pán)，它憑借著相對(duì)于機(jī)械硬盤(pán)的各種優(yōu)越性能一舉成為了硬盤(pán)界的新星，由于存在著一些爭(zhēng)議點(diǎn)，它也未能在短時(shí)間內(nèi)撼動(dòng)機(jī)械硬盤(pán)的主流地位。那么，機(jī)械硬盤(pán)和固態(tài)硬盤(pán)之間究竟有哪些不同，它們又分別能給普通消費(fèi)者帶來(lái)什么影響？本文通過(guò)對(duì)這二者不同方面的一些比較匯總，簡(jiǎn)單分析其對(duì)普通用戶的意義。

2 機(jī)械硬盤(pán)與固態(tài)硬盤(pán)原理對(duì)比

2.1 機(jī)械硬盤(pán)的原理

機(jī)械硬盤(pán)，英文名Hard Disk Drive，是電腦上使用堅(jiān)硬的旋轉(zhuǎn)盤(pán)片為基礎(chǔ)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)設(shè)備，它在平整的磁性表面存儲(chǔ)和檢索數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，信息通過(guò)離磁性表面很近的磁頭，由電磁流來(lái)改變極性方式被電磁流寫(xiě)到磁盤(pán)上，同時(shí)信息可以通過(guò)相反的方式讀取，例如讀頭經(jīng)過(guò)紀(jì)錄數(shù)據(jù)的上方時(shí)磁場(chǎng)導(dǎo)致線圈中電氣信號(hào)的改變。其讀寫(xiě)是采用隨機(jī)存取的方式，因此可以以任意順序讀取硬盤(pán)中的數(shù)據(jù)。機(jī)械硬盤(pán)內(nèi)部包括一至數(shù)片高速轉(zhuǎn)動(dòng)的磁盤(pán)以及放在執(zhí)行器懸臂上的磁頭。

根據(jù)其實(shí)現(xiàn)原理，我們不難發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械硬盤(pán)的工作方式就如同其名稱(chēng)一般，是通過(guò)機(jī)械方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)盤(pán)片高速旋轉(zhuǎn)，再輔以磁頭的操作來(lái)存取數(shù)據(jù)。

2.2 固態(tài)硬盤(pán)的原理

固態(tài)硬盤(pán)，英文名Solid State Disk或Solid State Drive，是一種以存儲(chǔ)器作為永久性存儲(chǔ)器的電腦存儲(chǔ)設(shè)備。雖然SSD已不是使用“碟盤(pán)”來(lái)記存數(shù)據(jù)，也沒(méi)有用于“驅(qū)動(dòng)”的馬達(dá)，但是人們依照命名習(xí)慣，仍然稱(chēng)為固態(tài)硬盤(pán)或固態(tài)驅(qū)動(dòng)器。

固態(tài)硬盤(pán)分易失性與非易失性兩種，這里我們著重研究更適合作為傳統(tǒng)硬盤(pán)替代品的非易失性固態(tài)硬盤(pán)。非易失性固態(tài)硬盤(pán)中數(shù)據(jù)的存取主要由NAND Flash及其主控芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有活動(dòng)的機(jī)械部件，為純芯片結(jié)構(gòu)。

2.3 二者原理的對(duì)比

通過(guò)對(duì)機(jī)械硬盤(pán)與固態(tài)硬盤(pán)存取原理的簡(jiǎn)單了解，我們可以歸納出二者之間最顯著的不同就在于機(jī)械結(jié)構(gòu)的有無(wú)。而這一實(shí)現(xiàn)原理的差異也直接導(dǎo)致了二者在速度等實(shí)際使用性能上有著截然不同的特性。因此后文將在其原理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化對(duì)比二者的各項(xiàng)特性。

3 機(jī)械硬盤(pán)與固態(tài)硬盤(pán)性能對(duì)比

對(duì)于普通用戶而言，硬盤(pán)作為一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)，其性能便主要體現(xiàn)在其容量、速度、穩(wěn)定性等實(shí)際使用場(chǎng)景方面。而由于硬盤(pán)本身的容量大小差異化較大，因此出于客觀性考慮，下文將在一定程度上弱化其容量差異產(chǎn)生的影響。

3.1 二者讀寫(xiě)速度的對(duì)比

由前文可知機(jī)械硬盤(pán)通過(guò)磁頭在高速旋轉(zhuǎn)的盤(pán)片上進(jìn)行磁操作來(lái)讀取數(shù)據(jù)，因而盤(pán)片旋轉(zhuǎn)的速度越快，機(jī)械硬盤(pán)的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度也就越快。目前消費(fèi)市場(chǎng)上主流的機(jī)械硬盤(pán)盤(pán)片轉(zhuǎn)速主要有5400轉(zhuǎn)/分鐘和7200轉(zhuǎn)/分鐘兩種，其在SATA3接口下的讀寫(xiě)速度則分別在50～90MB/s與90～190MB/s上下，不難發(fā)現(xiàn)機(jī)械硬盤(pán)轉(zhuǎn)速的提升對(duì)于其讀寫(xiě)速度的影響還是很明顯的。但是，機(jī)械硬盤(pán)盤(pán)片的旋轉(zhuǎn)依賴(lài)于機(jī)械馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)，其速度的提高也會(huì)帶來(lái)發(fā)熱、磨損等諸多問(wèn)題，在現(xiàn)有機(jī)械技術(shù)上想要大幅提高機(jī)械硬盤(pán)的轉(zhuǎn)速仍十分困難，因此其讀寫(xiě)速度也很難在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上獲得較大的飛躍。

反觀固態(tài)硬盤(pán)，由于不采用任何機(jī)械構(gòu)造，因此便不會(huì)遇到機(jī)械硬盤(pán)的轉(zhuǎn)速瓶頸問(wèn)題。同時(shí)由于其采用芯片式的閃存存取方式，基礎(chǔ)讀寫(xiě)速度極快。不過(guò)有一點(diǎn)要指出的是，不像大多數(shù)的機(jī)械硬盤(pán)的讀寫(xiě)速度僅和轉(zhuǎn)速相關(guān)，固態(tài)硬盤(pán)由于其特殊的構(gòu)造，其讀寫(xiě)速度易受容量、主控等各方面因素影響較大，因此其讀寫(xiě)速度的變化區(qū)間也較大，目前主流的固態(tài)硬盤(pán)讀寫(xiě)速度主要集中在500MB/s～1GB/s這樣區(qū)間，也有少部分高端型號(hào)可以達(dá)到2GB/s以上。但無(wú)論是哪一種型號(hào)，固態(tài)硬盤(pán)的讀寫(xiě)速度高于機(jī)械硬盤(pán)已是不爭(zhēng)的事實(shí)。由于底層技術(shù)實(shí)現(xiàn)上的差異，機(jī)械硬盤(pán)的讀寫(xiě)速度可以說(shuō)是已經(jīng)輸在了起跑線上。

3.2 二者功耗的對(duì)比

無(wú)論是機(jī)械硬盤(pán)還是固態(tài)硬盤(pán)，它們都需要通電來(lái)進(jìn)行工作。那么，同樣是完成其作為存儲(chǔ)設(shè)備的工作，這二者的功耗情況如何？

由于機(jī)械硬盤(pán)采用機(jī)械方式工作，其功耗主要用于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和磁頭讀寫(xiě)，因此這和其盤(pán)片大小與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，常見(jiàn)的3.5吋臺(tái)式機(jī)機(jī)械硬盤(pán)運(yùn)行功耗大約在10～20W，2.5吋的筆記本機(jī)械硬盤(pán)則可在此基礎(chǔ)上折半。

而固態(tài)硬盤(pán)由于沒(méi)有機(jī)械部件，其功耗主要用于主控的運(yùn)算與閃存芯片擦寫(xiě)等，一般在4～5W左右，相比于傳統(tǒng)機(jī)械硬盤(pán)較小。另外還需要指出的一點(diǎn)是：固態(tài)硬盤(pán)在計(jì)算機(jī)待機(jī)狀態(tài)下可以幾乎完全斷電，而機(jī)械硬盤(pán)為了保證喚醒速度很難做到完全斷電，因此在待機(jī)這一點(diǎn)上固態(tài)硬盤(pán)也是占優(yōu)的。

綜上，固態(tài)硬盤(pán)由于不受傳統(tǒng)機(jī)械裝置的拖累，其功耗一般在機(jī)械硬盤(pán)之下。

3.3 二者重量的對(duì)比

隨著移動(dòng)設(shè)備的普及，硬盤(pán)的重量也逐漸成為消費(fèi)者的考量因素之一。不過(guò)由于各類(lèi)硬盤(pán)結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)等差異化較大，因此這里僅考慮二者各自相對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式的重量。

機(jī)械硬盤(pán)內(nèi)部有盤(pán)片、馬達(dá)、磁頭等電氣設(shè)備，均為金屬制，筆記本上常見(jiàn)的2.5吋機(jī)械硬盤(pán)重量在100g左右。另外由于機(jī)械硬盤(pán)的容量與盤(pán)片大小數(shù)量等相關(guān)，故容量大的機(jī)械硬盤(pán)也會(huì)相應(yīng)地加重。

固態(tài)硬盤(pán)內(nèi)部只有電路板和芯片，其重量在50g左右，比機(jī)械硬盤(pán)輕了近一半，同時(shí)由于其容量的增加主要體現(xiàn)在芯片內(nèi)部構(gòu)造上，故容量大的固態(tài)硬盤(pán)并不會(huì)加重，可見(jiàn)其重量上的優(yōu)勢(shì)。

3.4 二者發(fā)熱與噪音的對(duì)比

受技術(shù)條件限制，大多數(shù)的電子設(shè)備工作時(shí)往往都會(huì)存在著或多或少的發(fā)熱和噪音，這是比較影響用戶體驗(yàn)的。那么機(jī)械硬盤(pán)和固態(tài)硬盤(pán)在這兩方面的表現(xiàn)如何呢？

機(jī)械硬盤(pán)的正常工作依賴(lài)于磁頭在高速旋轉(zhuǎn)盤(pán)片上的讀寫(xiě)，而我們都知道，馬達(dá)高速運(yùn)轉(zhuǎn)往往會(huì)產(chǎn)生較多的發(fā)熱和噪音，盡管部分機(jī)械硬盤(pán)廠商有其相應(yīng)的優(yōu)化方案，但也只能盡可能地去減小，而無(wú)法從源頭上完全控制其發(fā)熱和噪音。

固態(tài)硬盤(pán)的工作則完全靠電路實(shí)現(xiàn)，電流會(huì)引起一定的發(fā)熱，但其噪音幾乎為零，因此在這一點(diǎn)上是略優(yōu)于機(jī)械硬盤(pán)的。

3.5 二者數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的對(duì)比

作為存儲(chǔ)設(shè)備，最重要的就是保證其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的穩(wěn)定與安全。這體現(xiàn)在諸多方面，如抗震性能、存儲(chǔ)壽命等。下面我們就來(lái)對(duì)機(jī)械硬盤(pán)與固態(tài)硬盤(pán)進(jìn)行相關(guān)的比較。

機(jī)械硬盤(pán)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在盤(pán)片上，在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)磁頭進(jìn)行讀取。因此其盤(pán)片的情況很大程度上也就決定了內(nèi)部所存數(shù)據(jù)的情況。由于機(jī)械硬盤(pán)工作時(shí)盤(pán)片會(huì)高速旋轉(zhuǎn)，而磁頭則懸浮于其上，二者間距離非常小，這就導(dǎo)致了一但遭遇震動(dòng)、碰撞等外力，磁頭極易和盤(pán)片接觸進(jìn)而損壞盤(pán)片。盡管目前大部分的機(jī)械硬盤(pán)在防震上做了許多優(yōu)化，但是這一損壞的可能性依然存在。因此機(jī)械硬盤(pán)中數(shù)據(jù)的威脅主要來(lái)自于物理上的損壞。

固態(tài)硬盤(pán)由于內(nèi)部沒(méi)有機(jī)械結(jié)構(gòu)，物理?yè)p壞的可能性相對(duì)較小，這就使其有較好的抗震性能。但與機(jī)械硬盤(pán)不同的是，固態(tài)硬盤(pán)由于實(shí)現(xiàn)原理限制，其內(nèi)部存儲(chǔ)芯片的擦寫(xiě)數(shù)量存在限制，同時(shí)也會(huì)受到固態(tài)硬盤(pán)本身容量的影響。因此固態(tài)硬盤(pán)中數(shù)據(jù)的威脅主要來(lái)自于其實(shí)現(xiàn)原理本身的限制。

綜上，在數(shù)據(jù)穩(wěn)定性方面，二者均存在其優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，因此目前也尚不存在互相取代的可能。

4 機(jī)械硬盤(pán)與固態(tài)硬盤(pán)價(jià)格對(duì)比

對(duì)普通消費(fèi)者而言，除了存儲(chǔ)設(shè)備的性能，最關(guān)心的莫過(guò)于其價(jià)格，這里給出機(jī)械硬盤(pán)與固態(tài)硬盤(pán)價(jià)格上的簡(jiǎn)單對(duì)比。需要指出的是，由于各品牌廠商各自的技術(shù)、定價(jià)策略等差異較大，因此在相同容量情況下也常會(huì)出現(xiàn)價(jià)格波動(dòng)較大的情況，故本文僅給出基于當(dāng)前市場(chǎng)的普遍性價(jià)位，不考慮一些特殊情況。

首先機(jī)械硬盤(pán)和固態(tài)硬盤(pán)的價(jià)格都與其容量正相關(guān)，這也符合其作為存儲(chǔ)介質(zhì)最本質(zhì)的特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)硬盤(pán)銷(xiāo)售市場(chǎng)的觀察，我們發(fā)現(xiàn)機(jī)械硬盤(pán)中1TB容量最為暢銷(xiāo)，而固態(tài)硬盤(pán)則是以256GB為主，而這在很大程度上就由其價(jià)格決定。巧的是，這兩種容量規(guī)格的硬盤(pán)價(jià)位都在500元上下，可以看出目前固態(tài)硬盤(pán)單位存儲(chǔ)容量的價(jià)格相對(duì)與機(jī)械硬盤(pán)還是較高的。如果我們提高存儲(chǔ)容量，又會(huì)發(fā)現(xiàn)固態(tài)硬盤(pán)的價(jià)格隨其存儲(chǔ)容量的增大上升地更為明顯，這也與固態(tài)硬盤(pán)的性能與存儲(chǔ)容量之間的正向關(guān)系相印證。

綜上，我們不難發(fā)現(xiàn)在相同價(jià)位上，我們更易購(gòu)買(mǎi)到容量相對(duì)較高的機(jī)械硬盤(pán)，而高容量固態(tài)硬盤(pán)的價(jià)格則會(huì)有可觀的升高。

5 總結(jié)

通過(guò)對(duì)機(jī)械硬盤(pán)與固態(tài)硬盤(pán)原理、性能及價(jià)格的簡(jiǎn)單對(duì)比分析，可以看出對(duì)于普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，固態(tài)硬盤(pán)能夠帶來(lái)比機(jī)械硬盤(pán)優(yōu)異許多的性能，但也需要付出相同容量下比機(jī)械硬盤(pán)更多的費(fèi)用，同時(shí)固態(tài)硬盤(pán)在某些方面如讀寫(xiě)壽命、數(shù)據(jù)的恢復(fù)性上仍存在著一些局限，也絕非完美。因此，普通消費(fèi)者在選擇存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)還應(yīng)根據(jù)機(jī)械硬盤(pán)與固態(tài)硬盤(pán)二者的各方面的差異，理性合理選擇，以最大限度地利用二者的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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