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一文了解磁盘和固态硬盘的特性

在电子计算机的世界里,在纸上打孔是最早的数据存储方法。磁是既打孔之后,用于记录数据的第二代存储介质,距今已经发展了近百年的历史。电是既磁之后的新一代存储介质,距今已经发展了半个世纪。那么磁盘是否会被固态硬盘永久取代?

磁作为存储介质,最早的数据存储方式是磁带,然后是磁盘。磁带上的数据只能顺序存储,读取时也需要按顺序进行读取。如果需要“随机”读取数据,则需要进行“倒带”操作,重新定位磁带的位置。日常中最长见到的磁带存储是上世纪的录音带和录影带。由于当时磁带数据存储密度有限,存储影像的磁带较宽且体积较大。为了把磁带体积作小作薄,将磁头进行了特殊角度的倾斜处理,以便获得更大的数据读取面积。

磁盘相对磁带可以更方便的进行随机读取。磁盘开始运行就一直在高速旋转,通过移动磁头到指定位置,等待盘片旋转过来时读取数据。每个盘片像田径场上的跑道一样划分出多条磁道,数据便是存储在这些磁道之上。为了对数据进行划分,又在磁道上进行分段,形成了一个个的扇区。每一个扇区存储的数据容量相同,是最小的数据存储单元。如果想对磁盘进行扩容,除了在有限的面积上提升存储密度,增加盘片是更有效的方法。多个盘片上下叠在一起,多个磁头可以一次性读取到更多的数据。

虽然磁盘已经可以进行快速的随机读取,但是速度受限于磁盘的转速和磁头移动的速度。固态硬盘使用半导体技术,没有任何的机械操作,读取硬盘上任何位置的数据都非常快。虽然固态硬盘的性能非常高,但是单位价格下的存储容量要远小于磁盘。进行大规模数据存储时,需要考虑存储成本。半导体和磁盘不同,每个半导体单元的操作寿命只有几千到几万次。当存储空间占用较高时,数据会频繁读取空闲部分的半导体单元,导致使用寿命大幅度缩短。此时就需要固态硬盘支持磨损均衡技术(Wear Leveling),动态调整硬盘上的数据,让“空闲区”在整个硬盘中移动。

数据存储除了容量和性能两个因素,存储安全也是选择磁盘的一个重要因素。强磁场干扰、粉尘、温度变化、潮湿等都会对磁盘本身和磁盘整体的机械结构产生破坏,虽然固态硬盘与磁盘结构不同, 但是以上的问题同样会对固态硬盘产生影响。运行过程中不怕震动是固态硬盘相较磁盘的一个宣传亮点,因为固态硬盘没有磁盘和磁头,不用担心运行过程中的震动导致磁头划伤盘片。磁盘存储数据的安全性和可靠性已经被大量验证,但是固态硬盘在断电情况下只能保证1年内不会丢失数据。固态硬盘半导体中封闭的电荷随着时间也会逐渐消失,导致半导体中无法识别0、

持久化存储技术还在不断的演变,不同的技术路线各有特长。例如,微软开发的玻璃硬盘,通过一块立体的玻璃就可以存储海量的信息。每种技术都将在特定的使用场景发挥作用。

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