硬盘结构特点是什么?

硬盘作为电脑存储最重要的媒介在信息化时代扮演着非常重要的角色。今天的分享我们从硬盘最基础的知识开始介绍，逐步地开始认识硬盘。

目前硬盘主要分为固态硬盘(固态硬盘)、机械硬盘(HDD )、混合硬盘(HHD 一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘)，固态硬盘采用闪存颗粒来存储信息，HDD采用磁性碟片来存储信息，混合硬盘是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。下面我将结合三种硬盘的结构及特点进行介绍。

1、固态硬盘

固态硬盘(Solid State Drives)，是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，第一块固态硬盘于1989年问世，。固态硬盘主体其实就是一块电脑B板，而这块电脑B板上最基本的配件就是主控芯片，缓存芯片(部分低端硬盘无缓存芯片)和用于存储数据的闪存芯片。主控芯片是固态硬盘的大脑，相当于电脑的处理器，其作用在于一方面合理调配数据在各个闪存芯片上的负荷，另一方面承担了整个数据中转，连接闪存芯片和外部接口。主控芯片旁边是缓存芯片，缓存芯片辅助主控芯片进行数据处理。目前个别厂商为了降低成本，省去这块缓存芯片。闪存芯片为主要的存储信息介质。

固态硬盘具有快速读写、质量轻、能耗低、防震抗摔性好、工作温度范围大以及体积小等优点，主要缺点为价格仍比较昂贵，容量较低(目前 最大容量仅为4TB )，一旦硬件损坏数据较难恢复等。

2、机械硬盘

机械硬盘(Hard Disk Drive)，即传统普通硬盘，它的构成主要由盘片，磁头，盘片转轴、控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等。机械硬盘中所有的盘片都装在一个旋转轴上，每张盘片之间是平行的，在每个盘片的存储面上有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小，所有的磁头联在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。信息通过离磁性表面很近的磁头，由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上，信息可以通过相反的方式读取。

说到机械硬盘不得不提的另一个名词就是液态硬盘。液态硬盘，液态轴承马达硬盘，它是机械硬盘的升级版。很多朋友认为液态硬盘是指存储介质液态化，其实是单指轴承采用油膜而不是滚珠的硬盘，存储原理与传统机械硬盘相同，所以说它是传统硬盘的升级版。液态硬盘目前主要应用于企业级和军工存储，虽然 相对于固态硬盘虽然没那么先进便捷，但是它的价格比固态硬盘要实惠。

3、混合硬盘

混合硬盘是一块机械硬盘与固态硬盘的结合体，它除了机械硬盘必备的元件外，还添加了闪存颗粒，用于提高存储性能。混合硬盘采用了容量较小的闪存颗粒来存储常用常用文件，通常采用MLC颗粒，容量通常在8到16GB之间。而磁盘才是最为重要的存储介质，闪存仅起到了缓冲作用，将更多的常用文件保存到闪存内减小寻道时间提升效率。

混合硬盘主要的两种工作方式为固态硬盘缓存加速和固态硬盘缓存记忆。固态硬盘缓存加速是将独立的固态硬盘作为缓存，这个缓存相当于降低速度的内存，用户用起来相当过瘾，整个机械硬盘拥有固态硬盘的速度。固态硬盘缓存记忆是将固态硬盘作为记忆缓存，并非全盘接收全部活动的数据，而是有选择性的预存数据，把使用频率高 的各种应用、数据预存到固态硬盘缓存，这个缓存具备学习和记忆功能，它预存的数据不会因为关机而消失。目前电脑厂商大部分产品采用的就是混合硬盘，至于混合硬盘的优劣，不做过多的评价，用户满意才是王道。

固态硬盘怎么手动设置OP保留空间?

凡事留余地是一种人生哲学，而对于固态硬盘来说，Over-provisioning预留空间则是硬盘正常工作的必需。固态硬盘用来记录数据的闪存不能覆盖写入，只能先擦除后写入，这意味着固态硬盘时时刻刻必须有一定数量的已擦除好的预留空间用来接纳新的写入请求。

ToshibaQ300Pro固态硬盘

当前慢慢普及的TLC固态硬盘普遍选择120G/240G/480G这样的容量，这是因为TLC固态硬盘需要额外空间用于模拟SLC运用，以便增强写入性能，这样留给用户可用的空间就会少上一些。而MLC固态硬盘容量普遍更大一层，为128G/256G/512G。

预留空间的计算方式

以运用MLC闪存的ToshibaQ300 256G为例，能否为他多增加一些OP预留空间?增加后又能起到哪些效果呢?

Q300 Pro的LBA容量标识方式

ToshibaQ300 Pro 256G的LBA地址空间是500118192，每个扇区模拟512字节，总计256060514304字节，也就是说用户实际可用238.47GB(格式化后容量)。

根据Intel企业级产品线的资料，MLC闪存的Intel 710在增设20% OP预留空间后，写入耐久度提升最高可达50%，效果十分显著：

Intel 710增设OP对耐久度的影响

下面是从16GB到512GB容量对应7%、20%、28%三档OP预留空间对应的LBA地址，可以通过HDAT2等底层软件手动设置固定OP预留空间。

不一样OP预留百分比对应的LBA容量

当然对于ToshibaQ300 Pro来说就更简单了，完全无需自己计算OP预留百分比，通过安装ToshibaStorage Utilities工具箱软件即可实现对OP预留空间的调整：预设有5%、10%、15%、20%、25%、30%六个档位。

Toshiba固态硬盘工具箱增设OP预留空间

小编为这张ToshibaQ300 Pro 256G固态硬盘分配了19%也就是大约47.67GB的预留空间。

设置20% OP预留空间

接下来我们来看看用户自行增设OP预留空间可以达到怎样的效果：

首先是AS SSD Benchmark测验，默认条件下：1058

没有手动预留二级OP空间

增设20%的OP预留空间之后，AS SSD Benchmark测验的成绩变化不大：1061

预留20% OP保留空间

其实增设OP预留空间的主要作用在于提升重负载写入性能，对比来看设置20% OP预留空间前后的4K QD32随机写入稳定态测验成绩可以看到：代表增设OP预留空间后的橙色记录点IOPS表现更

4K QD32随机写入稳定态性能测验

无二级OP条件下ToshibaQ300 Pro 256G的4K QD32随机写入稳定态平均4621 IOPS，而增设20% OP即可将稳定态随机写入能力提升到11429 IOPS。

总的来说，如果仅仅是日常家用条件的话，按照固态硬盘厂商预设的预留容量已经能够满足性能需要，额外增设OP预留容量的效果不显著。而如果是应对重负载写入运用，首先务必选择ToshibaQ300 Pro这类运用MLC闪存的固态硬盘型号，其次还要考虑增设一定容量的二级OP容量以提升写入性能以及耐久度预期。