电脑硬盘基本知识解析

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2024年3月10日发(作者：)

电脑硬盘基本知识解析

固态硬盘在速度上的表现是有目共睹的，然而主控芯片的运用是相当重要。主控芯片

是固态硬盘的大脑，其作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，二则是承担了整

个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA接口。下面就让小编带你去看看电脑硬盘基本知

识解析范文5篇，希望能帮助到大家!

小知识 | 固态硬盘的缓存的作用

CPU处理速度和硬盘传输速度存在巨大的鸿沟，为了解决这问题，电脑系统上才会出

现了缓存这种东西。缓存，从字面理解就是缓冲存储。怎么个缓冲法呢?其实不难想像得

到，既然硬盘慢，而CPU快，那我们就把CPU会需要的数据，先找个传输速度足够快的

东西放起来，CPU需要时，不必从硬盘拿，直接从这个当缓冲的东西里拿，因为它足够快，

CPU就不用浪费时间等了。不过前面看到，CPU和硬盘的差距实在太大，单只有1个缓

存还是不够，因为越快的缓存，容量越难以造得大，而且成本会很高。那怎么办?就是加

多几个慢点的，一级一级来呗，每多一级，缓存速度慢一些，但容量也大一些，那么就可

以既有足够大的容量来存放数据，又不会对速度有太大的影响了。

在固态硬盘中，缓存芯片起的作用也是类似。SSD上的缓存一般都是1或者2颗

DRAM颗粒构成，起到数据交换缓冲作用。一款SSD产品是否有缓存这样的设计，往往

是厂商根据产品定位和用途做得决定，一般一些入门级产品或者低速产品，在设计上就会

考虑不带缓存方案，而一些高速产品由于数据交换量大，就设计有缓存，以提高产品的读

写效率。

通常带有缓存的SSD在价格上或比不带缓存的略高一些，虽然SSD带缓存读取小文

件的速度会快些，但对SSD来说，快的太有限了。(探讨一点，缓存对SSD的连续读写速

度提升不大，但是对小文件(4K)的读写(特别是写入)影响很大的，因为没有缓存时写小文

件会频繁擦写Flash，如果有了缓存就会先写在缓存中，等到一定的时机(由主控的策略决

定)再写回Flash，这样小文件读写提速是很明显的)。就反应速度来说，SSD的反应速度

一般都在0.2毫秒以内，不比缓存慢。所以带缓存对读取速度的提升，几乎可以忽略。其

次带不带缓存并不影响SSD的寿命，决定SSD寿命的是NAND FLASH的写入次数。其

次，主控芯片的好坏才是是决定SSD性能和使用寿命的重要因素。

小知识 | 固态硬盘的基本结构

固态硬盘(Solid State Drive)用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和

存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用

方法上与普通硬盘的完全相同，其芯片的工作温度范围很宽，商规产品(0~70℃)工规产

品(-40~85℃)。虽然成本较高，但也正在逐渐普及到DIY市场。由于固态硬盘技术与传统

硬盘技术不同，所以产生了不少新兴的存储器厂商。厂商只需购买NAND存储器，再配

合适当的控制芯片，就可以制造固态硬盘了。新一代的固态硬盘普遍采用SATA-2接口、

SATA-3接口、SAS接口、MSATA接口、PCI-E接口、NGFF接口、CFast接口和SFF-

8639接口。

下图 是一款结构较为简单明了的固态硬盘内部构造：

1.主控。主控芯片是固态硬盘的大脑，其作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的

负荷，二则是承担了整个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA接口。不同的主控之间能

力相差非常大，在数据处理能力、算法，对闪存芯片的读取写入控制上会有非常大的不同，

直接会导致固态硬盘产品在性能上差距高达数十倍。

2.缓存。固态硬盘和传统硬盘一样需要高速的缓存芯片辅助主控芯片进行数据处理。

这里需要注意的是，有一些廉价固态硬盘方案为了节省成本，省去了这块缓存芯片，这样

对于使用时的性能会有一定的影响。

3.内存。除了主控芯片和缓存芯片以外，PCB板上其余的大部分位置都是NAND

Flash闪存芯片了。NAND Flash闪存芯片又分为SLC(单层单元)MLC(多层单元)以及

TLC(三层单元)NAND闪存。

现在我们回头看看老的机械硬盘：

从机构不同上可以看出固态硬盘在数据读取速度、抗震能力、功耗、运行声音以及发

热方面，相比普通的机械硬盘拥有明显优势：

1、读取速度

固态硬盘的读取速度普遍可以达到400M/s，写入速度也可以达到130M/s以上，其

读写速度是普通机械硬盘的3-5倍;

2、抗震能力

传统的机械硬盘内部有高速运转的磁头，其抗震能力很差，因此一般的机械硬盘电如

果是在运动中或者震动中使用，很容易损坏硬盘。而机械硬盘采用芯片存储方案，内部无

磁头，具备超强的抗震能力，即便是在运动或者震动中使用，也不容易损坏。

3、功耗

固态硬盘功耗低，并且具备极低功耗待机功能，而机械硬盘则不具备;

4、噪音

固态硬盘运行中基本听不到任何噪音，而机械硬盘一般凑近听可以听到内部的磁盘转

动以及震动的声音，一些使用比较久的机械硬盘噪音更为明显。

5、发热

机械硬盘发热较少，即便是在运行一段时间后，其表面也感受不到明显的发热，而机

械硬盘运行一段时间后，用手触摸可以明显感受到是热的。

电脑常识格式化硬盘

普通的格式化硬盘是不会影响硬盘寿命的。 格式化分为高级格式化和低级格式化。

高级格式化仅仅是清除硬盘上的数据，生成引导信息，初始化FAT表，标注逻辑坏道等。

而低级格式化是将硬盘划分出柱面和磁道，再将磁道划分为若干个扇区，每个扇区又划分

出标识部分ID、间隔区、GAP和数据区DATA等。低级格式化是高级格式化之前的一件

工作，每块硬盘在出厂前都进行了低级格式化。

低级格式化是一种损耗性操作，对硬盘寿命有一定的负面影响。而我们平时所用的

Windows下的格式化(包括在DOS下面使用的格式化)其实是高级格式化。 在Windows

下对硬盘进行的格式化和对软盘进行的格式化原理是一样的。而格式化软盘有所不同的是，

我们对一张软盘进行的全面格式化是一种低级格式化。

对于近几年新购进的硬盘，包括高格和低格在内的格式化操作，都不会影响其寿命。

与以前相比，现在硬盘的物理结构发生了一些变化，直接影响到相应的硬盘指令实现方式

的变化，其中最重要的就是硬盘寻道方式的变化导致的格式化指令的变化。

目前用户能访问的，是经过转化后的逻辑扇区，而不是实际的与物理磁头对应的物理

扇区。这样，用户实际上已经无法对物理意义上的硬盘进行操作了。现在所谓的低级格式

化只不过是实现了重新置零和将坏扇区重定向罢了，并不能实现硬盘再生，也没有物理意

义上的修复功能。 对于常用的高级格式化，“快速格式化”仅仅是重置硬盘分区表，即

使是“完全格式化”，也不过是在重置硬盘分区表之外，把所有扇区重新置零。由此可以

看出，用户运行的格式化指令与其他普通的读写操作并无本质区别，而在硬盘整个寿命中，

这种读写的次数则只能用天文数字来计量了，格式化或者Ghost操作的次数完全可以忽略

不计。根据现有硬盘制造技术，普通应用中单纯因为读写而导致硬盘损坏的情况是非常罕

见的，大多数硬盘故障都与外部物理碰撞、读写中突然停电以及电路损坏有关。所以，格

式化中惟一惟一需要考虑的就是避免上述这几种情况的发生。

硬盘曾经像软盘一样，利用步进电机来控制磁头的位置，进行寻道操作。正如前边所

述，现在随着磁头定位精密程度的不断提高，硬盘的寻道方式和格式化指令也发生了很大

的变化。但是，在一般情况下，就实际应用而言我们可以认为两者原理是一样的

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