硬盘术语详解 - 一个知识帖

台式机硬盘

　　台式机硬盘就是最为常见的PC机内部使用的存储设备。随着用户对个人PC性能的需求日益提高，台式机硬盘也在朝者大容量、高速度、低噪音的方向发展，单碟容量逐年提高，主流转速也达到7200RPM，甚至还有了10000RPM的SATA接口的硬盘。台式机硬盘的厂商主要有希捷、迈拓、西部数据、日立、三星等，市场竞争很激烈。

笔记本硬盘

　　笔记本硬盘顾名思义就是应用于笔记本的存储设备，笔记本强调的是其便携性和移动性，因此笔记本硬盘必须在体积、稳定性、功耗上达到很高的要求，而且防震性能要好。

　　笔记本电脑硬盘和台式机硬盘从产品结构和工作原理看，并没有本质的区别，笔记本硬盘最大的特点就是体积小巧，目前标准产品的直径仅为2.5英寸（还有1.8英寸甚至更小的），厚度也远低于3.5英寸硬盘。一般厚度仅有8.5mm－12.5mm，重量在一百克左右，堪称小巧玲珑。由于笔记本电脑内部空间狭小、散热不便，且电池能量有限，再加上移动中难以避免的磕碰，对其部件的体积、功耗和坚固性等提出了很高的要求。笔记本硬盘本身就设计了比台式机硬盘更好的防震功能，在遇到震动时能够暂时停止转动保护硬盘。

　　笔记本硬盘由于受到盘片直径小、功耗限制、防震等制约因素，在性能上相对要落后于台式机硬盘。在桌面系统中，硬盘电机主轴转速7200转称为主流，万转的硬盘也已推出，而在笔记本中还是以4200转为主，部分新品则使用5400转的硬盘，主要是因为笔记本硬盘空间狭小，而且采用高速电机必然会带来更大的功耗和发热量。而在缓存容量方面笔记本硬盘也略微少于台式机硬盘。转速和缓存都低，自然数据传输率方面也就较低了。接口方面笔记本硬盘基本与台式机发展持平，市场上主流的笔记本硬盘都采用了ATA100的接口标准，富士通公司也已经推出了业界首款2.5英寸的SATA硬盘。

　　目前笔记本电脑硬盘的发展方向就是外形更小、质量更轻、容量更大。东芝率先开发生产了一种1.8英寸规格的硬盘，在一些轻薄笔记本上采用。不过目前1.8英寸的产品在零售市场上极为罕见。这种超小型硬盘要通过一个转接口才能用在目前采用2.5寸硬盘的笔记本电脑上。除了1.8寸的硬盘，更小的1英寸HDD(Micro Drive)，容量已达到了4GB，其外观和接口为CF TYPEⅡ型卡，传送模式为Ultra DMA mode 2。实际传输速度达到了5MB/sec左右。盘片转数为3600rpm，缓存容量128KB。当然，这种硬盘目前还只能作为一种辅助的存储设备。

　　笔记本电脑硬盘上往往保存有重要数据，再加上笔记本电脑的移动特性，其安全性能是很重要的指标。现在的硬盘都支持S.M.A.R.T(自动检测、分析及报告)技术，使用S．M．A．R．T技术，可有效保护你的硬盘。 可预测的硬驱故障是由硬驱性能逐渐恶化引起的。实际上，硬驱故障的60％都是机械性质的，对此类故障，S.M.A.R.T可一显身手。S.M.A.R.T可以对数据提供有效的廉价保护，有助于减少数据丢失的风险，并且预先报警能让你安排及时更换硬盘。

　　此外现在很多笔记本电脑硬盘还采用了SPS技术，SPs（ShockProtectionSystem）即震动保护系统。使硬盘在受到撞击时，保持磁头不受震动，磁头和磁头臂停泊在盘片上，冲击能量被硬盘其他部分吸收，这样能有效地提高硬盘的抗震性能，使硬盘在运输、使用及安装的过程中最大限度地免受震动的损坏。有些产品更是采用了第二代保护系统（SPSII），可以更有效的防止由于外界的震动所引起的硬盘损坏。

服务器硬盘

　　服务器硬盘在性能上的要求要远远高于台式机硬盘，这是受服务器大数据量、高负荷、高速度等要求所决定的。服务器硬盘一般采用SCSI接口，高端还有采用光纤通道接口的，极少的低端服务器采用台式机上的ATA硬盘，性能受到很大影响。

服务器硬盘具有如下三个特点。

1、速度快

　　服务器硬盘转速很高，7200转、10000转的产品已经相当普及，甚至还有达到15000转的。它还配备了较大的回写式缓存，一般为2MB、4MB、8MB或16MB，甚至还有64MB的产品。平均访问时间比较短；外部传输率和内部传输率更高。

2、可靠性高

　　因为服务器硬盘几乎是24小时不停地运转，承受着巨大的工作量。可以说，硬盘如果出了问题，后果不堪设想。除了采用家用硬盘具备的S.M.A.R.T技术(自监测、分析和报告技术)，硬盘厂商都采用了各自独有的先进技术来保证数据的安全。为了避免意外的损失，服务器硬盘一般都能承受300G到1000G的冲击力。

　　为了提高可靠性，服务器多采用了廉价冗余磁盘阵列(RAID)技术。RAID技术相当于把一份数据复制到其他硬盘上，如果其中一个硬盘损坏了，可以从另一个恢复数据。

3、带宽大

　　多数服务器采用了数据吞吐量大、CPU占有率极低的SCSI硬盘。SCSI硬盘必须通过SCSI接口才能使用，有的服务器主板集成了SCSI接口，有的安有专用于大约有10-50人同时在正常上班时间随机访问服务器或工作站。在此种情况下建议选择SCSI接口硬盘。

　　高性能服务器和工作站主要面向执行关键任务且工作负荷很重的文件服务器，其负荷相当于50多人在一天24小时内同时进行访问，同时还面向视频、动画制作等有高要求的工作站。在这些场合建议使用高端SCSI。

硬盘类型的选择

　　普通家用或小型企业的台式机用户对硬盘性能的需求相对较低，也极少会对存储系统提出高性能的要求，因此一般建议使用ATA、SATA接口硬盘，部分个人音频或视频工作者可以考虑采用SCSI接口。

　　中型服务器和工作站主要面向工作负荷较轻或中等的企业环境，其负荷相当于大约有10-50人同时在正常上班时间随机访问服务器或工作站。在此种情况下建议选择SCSI接口硬盘。

　　高性能服务器和工作站主要面向执行关键任务且工作负荷很重的文件服务器，其负荷相当于50多人在一天24小时内同时进行访问，同时还面向视频、动画制作等有高要求的工作站。在这些场合建议使用高端SCSI。






- 容量 -




硬盘的容量是以MB（兆）和GB（千兆）为单位的，早期的硬盘容量低下，大多以MB（兆）为单位，1956年9月IBM公司制造的世界上第一台磁盘存储系统只有区区的5MB，而现今硬盘技术飞速的发展数百GB容量的硬盘也以进入到家庭用户的手中。硬盘的容量有40GB、60GB、80GB、100GB、120GB、160GB、200GB、500GB，硬盘技术还在继续向前发展，更大容量的硬盘还将不断推出。

　　在购买硬盘之后，细心的人会发现，在操作系统当中硬盘的容量与官方标称的容量不符，都要少于标称容量，容量越大则这个差异越大。标称40GB的硬盘，在操作系统中显示只有38GB；80GB的硬盘只有75GB；而120GB的硬盘则只有114GB。这并不是厂商或经销商以次充好欺骗消费者，而是硬盘厂商对容量的计算方法和操作系统的计算方法有所不同而造成的，不同的单位转换关系造成的。

　　众所周知，在计算机中是采用二进制，这样造成在操作系统中对容量的计算是以每1024为一进制的，每1024字节为1KB，每1024KB为1MB，每1024MB为1GB；而硬盘厂商在计算容量方面是以每1000为一进制的，每1000字节为1KB，每1000KB为1MB，每1000MB为1GB，这二者进制上的差异造成了硬盘容量“缩水”。以120GB的硬盘为例：
厂商容量计算方法：120GB＝120,000MB＝120，000，000KB＝120，000，000，000字节
换算成操作系统计算方法：120，000，000，000字节/1024＝117,187,500KB/1024＝114，440.91796875MB＝114GB

　　同时在操作系统中，硬盘还必须分区和格式化，这样系统还会在硬盘上占用一些空间，提供给系统文件使用，所以在操作系统中显示的硬盘容量和标称容量会存在差异。





- 单碟容量 -




单碟容量（storage per disk），是硬盘相当重要的参数之一，一定程度上决定着硬盘的档次高低。硬盘是由多个存储碟片组合而成的，而单碟容量就是一个存储碟所能存储的最大数据量。硬盘厂商在增加硬盘容量时，可以通过两种手段：一个是增加存储碟片的数量，但受到硬盘整体体积和生产成本的限制，碟片数量都受到限制，一般都在5片以内；而另一个办法就是增加单碟容量。

　　举个例子来说，单碟容量为60GB的希捷酷鱼五系列和单碟容量为80GB的希捷7200.7系列，如果都用2个盘片那么总容量将有40GB的差异，可见单碟容量对硬盘容量的影响。

　　同时，硬盘单碟容量的增加不仅仅可以带来硬盘总容量的提升，而且也有利于生产成本的控制，提高硬盘工作的稳定性。单碟容量的增加意味着厂商要在同样大小的盘片上建立更多的磁道数（数据存储在盘片的磁道中），虽然这在技术难度上对厂商要求很高，但盘片磁道密度（单位面积上的磁道数）提高，代表着数据密度的提高，这样在硬盘工作时盘片每转动一周，磁头所能读出的数据就越多，所以在相同转速的情况下，硬盘单碟容量越大其内部数据传输速率就越快。另外单碟容量的提高使单位面积上的磁道条数也有所提高，这样硬盘寻道时间也会有所下降。

　　另外单碟容量的增加也能在一定程度上节省产品成本，举个例子来说，同样的120GB的硬盘，如果采用单碟容量40GB的盘片，那么将要有三张盘片和六个磁头；而采用单碟容量80GB的盘片，那么只需要两张盘片和三个磁头（盘片正反两面都可以存储数据，一面需要一个磁头），这样就能在尽可能节省更多的成本的条件下提高硬盘的总容量。单碟容量的增加也对磁头提出了更高的要求 。

　　单碟容量的提升是随着硬盘技术的逐渐提高的，在2000年时出现了单碟容量40GB的硬盘产品，但直到2001中旬才全面在市场中普及。到了2002年IBM、西部数据、希捷、三星都相继推出了单碟容量60GB的硬盘产品，最早单碟60GB容量的硬盘是三星于2002年5月推出的SpinPoint V60系列硬盘，其后的一个月内西部数据、希捷就发布了酷鱼V和鱼子酱系列7200rpm硬盘。

　　最早的单碟容量80GB的硬盘产品是Maxtor于2002年10月发布的DiamondMax Plus 9，希捷也紧随其后推出了酷鱼7200.7系列与5400.1系列单碟80GB的硬盘。

　　希捷在2003年的9月发布了单碟容量达100GB酷鱼7200.7 PLus 200GB硬盘，而2004年9月，希捷(Seagate)又发布了酷鱼7200.8(Barracuda 7200.8)系列硬盘，单碟容量为133GB，使得硬盘单碟容量又达到了一个新的高度，相较于以前的最高单碟容量100GB，整整提高了33%。更高的单碟容量也就意味着更高的数据存储密度、更大的总容量、更高的性能和更低的成本。但人们对于硬盘存储空间的需求是不满足的，单碟容量的发展是不会就此止步的，更高容量的硬盘产品将不久之后出现在我们的视野中。







- 盘片数 -



盘片是硬盘中承载数据存储的介质，硬盘是由多个盘片叠加在一起，互相之间由垫圈隔开。硬盘盘片是以坚固耐用的材料为盘基，其上在附着磁性物质，表面被加工的相当平滑。因为盘片在硬盘内部高速旋转（有5400转、7200转、10000转，甚至15000转），因此制作盘片的材料硬度和耐磨性要求很高，所以一般采用合金材料，多数为铝合金。

　　硬盘盘片是随着硬盘的发展而不断进步的，早期的硬盘盘片都是使用塑料材料作为盘基，然后再在塑料盘基上涂上磁性材料就构成了硬盘的盘片。后来随着硬盘转速和容量的提高又出现的金属盘基的盘片，金属材料的盘基具有更高的记录密度、更强的硬度，在安全性上也要强于塑料盘基。目前市场中主流的硬盘都是采用铝材料的金属盘基。

　　而IBM等厂商还推出过以石英玻璃为盘基的“玻璃盘片”，但初期的玻璃盘片在发热等技术方面处理的并不得当，导致部分产品使用中极易出现故障。但玻璃盘片是一种比铝更为坚固耐用的盘片材质，盘片高速运转时的稳定性和可靠性都有所提高，而且玻璃盘片表面更为平滑，技术上还是领先于金属盘片的。

　　由于盘片上的记录密度巨大，而且盘片工作时的高速旋转，为保证其工作的稳定，数据保存的长久，盘片都是密封在硬盘内部。万万不可自行拆卸硬盘，在普通环境下空气中的灰尘，都会对硬盘造成永久伤害，更不能用器械或手指碰触盘片。






- 磁头数 -




硬盘磁头是硬盘读取数据的关键部件，它的主要作用就是将存储在硬盘盘片上的磁信息转化为电信号向外传输，而它的工作原理则是利用特殊材料的电阻值会随着磁场变化的原理来读写盘片上的数据，磁头的好坏在很大程度上决定着硬盘盘片的存储密度。目前比较常用的是GMR（Giant Magneto Resisive）巨磁阻磁头，GMR磁头的使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，这比以前的传统磁头和MR（Magneto Resisive）磁阻磁头更为敏感，相对的磁场变化能引起来大的电阻值变化，从而实现更高的存储密度 。

　　磁头是硬盘中对盘片进行读写工作的工具，是硬盘中最精密的部位之一。磁头是用线圈缠绕在磁芯上制成的。硬盘在工作时，磁头通过感应旋转的盘片上磁场的变化来读取数据；通过改变盘片上的磁场来写入数据。为避免磁头和盘片的磨损，在工作状态时，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触，只有在电源关闭之后，磁头会自动回到在盘片上的固定位置（称为着陆区，此处盘片并不存储数据，是盘片的起始位置）。

　　由于磁头工作的性质，对其磁感应敏感度和精密度的要求都非常高。早先的磁头采用铁磁性物质，在磁感应敏感度上不是很理想，因此早期的硬盘单碟容量都比较低，单碟容量大则碟片上磁道密度大，磁头感应程度不够，就无法准确读出数据。这就造成早期的硬盘容量都很有限。随着技术的发展，磁头在磁感应敏感度和精密度方面都有了长足的进步。

　　最初磁头是读、写功能一起的，这对磁头的制造工艺、技术都要求很高，而对于个人电脑来说，在与硬盘交换数据的过程中，读取数据远远快于写入数据，读、写操作二者的特性也完全不同，这也就导致了读、写分离的磁头，二者分别工作、各不干扰。

薄膜感应（TEI）磁头

　　在1990年至1995年间，硬盘采用TFI读/写技术。TFI磁头实际上是绕线的磁芯。盘片在绕线的磁芯下通过时会在磁头上产生感应电压。TFI读磁头之所以会达到它的能力极限，是因为在提高磁灵敏度的同时，它的写能力却减弱了。

各向异性磁阻（AMR）磁头

　　AMR（Anisotropic Magneto Resistive）90年代中期，希捷公司推出了使用AMR磁头的硬盘。AMR磁头使用TFI磁头来完成写操作，但用薄条的磁性材料来作为读元件。在有磁场存在的情况下，薄条的电阻会随磁场而变化，进而产生很强的信号。硬盘译解由于磁场极性变化而引起的薄条电阻变化，提高了读灵敏度。AMR磁头进一步提高了面密度，而且减少了元器件数量。由于AMR薄膜的电阻变化量有一定的限度，AMR技术最大可以支持3.3GB/平方英寸的记录密度，所以AMR磁头的灵敏度也存在极限。这导致了GMR磁头的研发。

GMR（Giant Magneto Resistive，巨磁阻）

　　GMR磁头继承了TFI磁头和AMR磁头中采用的读/写技术。但它的读磁头对于磁盘上的磁性变化表现出更高的灵敏度。GMR磁头是由4层导电材料和磁性材料薄膜构成的：一个传感层、一个非导电中介层、一个磁性的栓层和一个交换层。GMR传感器的灵敏度比AMR磁头大3倍，所以能够提高盘片的密度和性能。

　　硬盘的磁头数取决于硬盘中的碟片数，盘片正反两面都存储着数据，所以一个盘片对应两个磁头才能正常工作。比如总容量80GB的硬盘，采用单碟容量80GB的盘片，那只有一张盘片，该盘片正反面都有数据，则对应两个磁头；而同样总容量120GB的硬盘，采用二张盘片，则只有三个磁头，其中一张盘片的一面没有磁头。






- 传输规范 -




硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度，在整个系统中，硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。不同的硬盘接口采用不同的数据传输规范，所能提供的数据传输速度也不相同。传输规范是硬盘最为重要的参数之一。以前主流的台式机硬盘接口为IDE接口，现在则以SATA接口为主，高端工作站服务器则会有SCSI接口和SAS接口。









- 内部数据传输率 -




内部数据传输率（Internal Transfer Rate）是指硬盘磁头与缓存之间的数据传输率，简单的说就是硬盘将数据从盘片上读取出来，然后存储在缓存内的速度。内部传输率可以明确表现出硬盘的读写速度，它的高低才是评价一个硬盘整体性能的决定性因素，它是衡量硬盘性能的真正标准。有效地提高硬盘的内部传输率才能对磁盘子系统的性能有最直接、最明显的提升。目前各硬盘生产厂家努力提高硬盘的内部传输率，除了改进信号处理技术、提高转速以外，最主要的就是不断的提高单碟容量以提高线性密度。由于单碟容量越大的硬盘线性密度越高，磁头的寻道频率与移动距离可以相应的减少，从而减少了平均寻道时间，内部传输速率也就提高了。虽然硬盘技术发展的很快，但内部数据传输率还是在一个比较低（相对）的层次上，内部数据传输率低已经成为硬盘性能的最大瓶颈。目前主流的家用级硬盘，内部数据传输率基本还停留在70~90 MB/s左右，而且在连续工作时，这个数据会降到更低。

　　数据传输率的单位一般采用MB/s或Mbit/s，尤其在内部数据传输率上官方数据中更多的采用Mbit/s为单位。此处有必要讲解一下两个单位二者之间的差异：

　　MB/s的含义是兆字节每秒，Mbit/s的含义是兆比特每秒，前者是指每秒传输的字节数量，后者是指每秒传输的比特位数。MB/s中的B字母是Byte的含义，虽然与Mbit/s中的bit翻译一样，都是比特，也都是数据量度单位，但二者是完全不同的。Byte是字节数，bit是位数，在计算机中每八位为一字节，也就是1Byte＝8bit，是1：8的对应关系。因此1MB/s等于8Mbit/s。因此在在书写单位时一定要注意B字母的大小写，尤其有些人还把Mbit/s简写为Mb/s，此时B字母的大小真可以称为失之毫厘，谬以千里。

　　上面这是一般情况下MB/s与Mbit/s的对应关系，但在硬盘的数据传输率上二者就不能用一般的MB和Mbit的换算关系（1B=8bit）来进行换算。比如某款产品官方标称的内部数据传输率为683Mbit/s，此时不能简单的认为683除以8得到85.375，就认为85MB/s是该硬盘的内部数据传输率。因为在683Mbit中还包含有许多bit（位）的辅助信息，不完全是硬盘传输的数据，简单的用8来换算，将无法得到真实的内部数据传输率数值。







- 外部数据传输率 -




硬盘数据传输率的英文拼写为Data Transfer Rate，简称DTR。硬盘数据传输率表现出硬盘工作时数据传输速度，是硬盘工作性能的具体表现，它并不是一成不变的而是随着工作的具体情况而变化的。在读取硬盘不同磁道、不同扇区的数据；数据存放的是否连续等因素都会影响到硬盘数据传输率。因为这个数据的不确定性，所以厂商在标示硬盘参数时，更多是采用外部数据传输率(External Transfer Rate)和内部数据传输率（Internal Transfer Rate）。

　　外部数据传输率(External Transfer Rate)，一般也称为突发数据传输或接口传输率。是指硬盘缓存和电脑系统之间的数据传输率，也就是计算机通过硬盘接口从缓存中将数据读出交给相应的控制器的速率。平常硬盘所采用的ATA66、ATA100、ATA133等接口，就是以硬盘的理论最大外部数据传输率来表示的。ATA100中的100就代表着这块硬盘的外部数据传输率理论最大值是100MB/s；ATA133则代表外部数据传输率理论最大值是133MB/s；SATA1.0接口的硬盘外部理论数据最大传输率可达150MB/s，而SATAII接口的硬盘外部理论数据最大传输率可达300MB/s。这些只是硬盘理论上最大的外部数据传输率，在实际的日常工作中是无法达到这个数值的，而是更多的取决于内部数据传输率。