电脑硬盘分类详解（硬盘知识详解）

电脑硬盘分类详解
硬盘三大种类（ SSD 、 HHD 、 HDD ）
1、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，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。被广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。
优点：读写速度快；防震抗摔性；低功耗；无噪音；工作温度范围大；轻便 缺点：容量小；寿命有限；售价高2、混合硬盘（SSHD） 混合硬盘（SSHD）是机械硬盘与固态硬盘的结合体，采用容量较小的闪存颗粒用来存储常用常用文件，而磁盘才是最重要的存储介质，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，从而提升效率。
相比传统硬盘，混合硬盘（hybrid hard drive，HHD）有很多优点，包括： 应用中的数据存储与恢复更快，如文字处理机 系统启动时间减少 功耗降低 生成热量减少 硬盘寿命延长 笔记本和PAD的电池寿命延长 工作噪声级别降低混合硬盘（hybrid hard drive，HHD）的不足包括： 硬盘中数据的寻道时间更长 硬盘的自旋变化更频繁 闪存模块处理失败，不可能进行其中的数据恢复 系统的硬件总成本更高3、传统硬盘（HDD，Hard Disk Drive的缩写）: 即硬盘驱动器的英文名。最基本的电脑存储器，我们电脑中常说的电脑硬盘 C盘、D盘为磁盘分区都属于硬盘驱动器。500G、1TB、2TB、4TB等等。硬盘按体积大小可分为3.5寸、2.5寸等；按转数可分为5400rpm/7200rpm/10000rpm/15000rpm等；机械硬盘由一个或者多个铝制或者玻璃制成的磁性碟片，磁头，转轴，控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口和缓存等几个部分组成。工作时，磁头悬浮在高速旋转的碟片上进行读写数据。
按硬盘接口分类 划分有 IDE、SATA、SCSI、SAS、FCIDE, 该接口是并口SATA, 该接口是串口
SCSI, SCSI的英文全称为“Small Computer System Interface”（小型计算机系统接口）SAS, SAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI，是新一代的SCSI技术FC，FC硬盘主要用于以光纤为主要传输协议的外部SAN上。
1、IDE(Integrated Drive Electronics), 本意是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器，是一种硬盘的传输接口, 有另一个名称叫做ATA（Advanced Technology Attachment），指的是相同的东西。
2、SATA SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘. SATA以它串行的数据发送方式得名。在数据传输的过程中，数据线和信号线独立使用，并且传输的时钟频率保持独立，因此同以往的PATA相比，SATA的传输速率可以达到并行的30倍。可以说:SATA技术并不是简单意义上的PATA技术的改进，而是一种全新的总线架构。
3、SCSI SCSI英文全称：Small Computer System Interface，它出现的原因主要是因为原来的IDE接口的硬盘转速太慢，传输速率太低，因此高速的SCSI硬盘出现。其实SCSI并不是专为硬盘设计的，实际上它是一种总线型接口。独立于系统总线工作4、SAS SAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI，是新一代的SCSI技术。和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，并且提供与SATA硬盘的兼容性。
5、FC 光纤通道的英文拼写是Fibre Channel，和SCIS接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术，是专门为网络系统设计的，但随着存储系统对速度的需求，才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的，它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。它以点对点(或是交换)的配置方式在系统之间采用了光缆连接。 即, 硬盘本身是不具备FC接口的, 插硬盘的机柜上带有FC接口, 通过光纤与光纤交换机互联。
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硬盘知识详解
众所周知，硬盘是数据持久化的载体。硬盘有机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)之分。机械硬盘即是传统普通硬盘，主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。
我们先通过一段视频来看下机械硬盘的构造，通过这个视频可以对硬盘有个直观的概念。
硬盘的发展分类
硬盘是由IBM在1956年开始使用，在1960年代初成为通用式电脑中主要的辅助存放设备（英语：secondary storage），随着技术的进步，硬盘也成为服务器及个人电脑的主要组件。
硬盘按数据接口不同，大致分为ATA（又称IDE）和SATA以及SCSI和SAS。接口速度不是实际硬盘数据传输的速度，当前普通硬盘的实际数据传输速度一般不会超过300MB/s。
ATA
全称Advanced Technology Attachment，是用传统的40-pin并口数据线连接主板与硬盘的，接口速度最大为133MB/s，因为并口线的抗干扰性太差，且排线占用空间较大，不利电脑内部散热，已逐渐被SATA所取代。
SATA
全称Serial ATA，也就是使用串口的ATA接口，特点是抗干扰性强，对数据线的要求比ATA低很多，且支持热插拔等功能。SATA-II的接口速度为300MiB/s，而新的SATA-III标准可达到600MiB/s的传输速度。SATA的数据线也比ATA的细得多，有利于机箱内的空气流通，整理线材也比较方便。
SCSI
全称Small Computer System Interface（小型机系统接口），经历多代的发展，从早期的SCSI-II，到当前的Ultra320 SCSI以及Fiber-Channel（光纤通道），接口型式也多种多样。SCSI硬盘广为工作站级个人电脑以及服务器所使用，因此会使用较为先进的技术，如碟片转速15000rpm的高转速，且资料传输时CPU占用率较低，但是单价也比相同容量的ATA及SATA硬盘更加昂贵。
SAS
全称Serial Attached SCSI，是新一代的SCSI技术，可兼容SATA硬盘，都是采取序列式技术以获得更高的传输速度，可达到12Gb/s。此外也透过缩小连接线改善系统内部空间等。
此外，由于SAS硬盘可以与SATA硬盘共享同样的背板，因此在同一个SAS存储系统中，可以用SATA硬盘来取代部分昂贵的SAS硬盘，节省整体的存储成本。但SATA存储系统并不能连接SAS硬盘。
FC
全称Fibre Channel（光纤通道接口），拥有此接口的硬盘在使用光纤联接时具有热插拔性、高速带宽（4Gb/s或10Gb/s）、远程连接等特点；内部传输速率也比普通硬盘更高。但其价格高昂，因此FC接口通常只用于高端服务器领域。
常见的硬盘尺寸（目前最常用的是2.5和3.5）：
0.85英寸，多用于手机等便携设备中，已无厂商生产。
1英寸（微型硬盘，MicroDrive），多用于数字相机（CF type II接口），已无厂商生产。
1.8英寸，多用于笔记本电脑及外置硬盘盒中，已无厂商生产。
2.5英寸，多用于笔记本电脑及外置硬盘盒中。采用2.5"硬盘的外置硬盘盒一般不需外接电源。
3.5英寸，多用于台式机中。采用3.5"硬盘的外置硬盘盒一般需要外接电源，因为耗电量超过USB的供电上限，一直到USB3.0问世后获得解决。
5.25英寸，多为早期台式机使用，已无厂商生产。
10.5英寸。
14英寸，NEC DKU800。
硬盘参数指南
IOPS：即I/O per second，即每秒读写（I/O）操作的次数，多用于OLTP/数据库、小文件存储等场合，衡量随机访问的性能。
缓存：常见缓存有2MB、8MB、16MB、32MB、64MB、128MB、256MB等规格。
平均寻道时间：单位是ms（毫秒），有5.2ms、8.5ms、8.9ms、12ms等规格。
内部传输速度：包括磁头把数据从盘片读入缓存的速度，以及磁头把数据从缓存写入盘片的速度。可用来评价硬盘的读写速度和整体性能。
转速（rpm）：即我们常说硬盘的转速，注意这里单位是分钟，英文是revolutions per minute，指硬盘主轴电机的每分钟旋转圈数，它是盘片的角速度而不是盘片上的线速度，目前一般IDE硬盘的转速为 7200RPM，而高端SCSI硬盘的最高转速已经达到15,000RPM。
*B：这里代指硬盘容量的大小，常用的单位Byte、KB、MB、GB、TB、PB、EB、ZB、YB，他们之间关系如下：
1B(Byte 字节)=8bit，
1KB (Kilobyte 千字节)=1024B，
1MB (Megabyte 兆字节 简称“兆”)=1024KB，1GB (Gigabyte 吉字节 又称“千兆”)=1024MB，1TB (Trillionbyte 万亿字节 太字节)=1024GB，其中1024=2^10 ( 2 的10次方)，1PB（Petabyte 千万亿字节 拍字节）=1024TB，1EB（Exabyte 百亿亿字节 艾字节）=1024PB，1ZB (Zettabyte 十万亿亿字节 泽字节)= 1024 EB,1YB (Yottabyte 一亿亿亿字节 尧字节)= 1024 ZB,1BB (Brontobyte 一千亿亿亿字节)= 1024 YB.
注1：“兆”为百万级数量单位。
附：进制单位全称及译音
yotta, [尧]它, Y. 10^21,
zetta, [泽]它, Z. 10^18,
exa, [艾]可萨, E. 10^15,
peta, [拍]它, P. 10^12,
tera, [太]拉, T. 10^9,
giga, [级]咖, G. 10^6,
mega, [兆]，M. 10^3
注2：有的厂商把会在中间加上i，即KiB、MiB、GiB、TiB、PiB、EiB、ZiB、YiB，像AWS就把云硬盘以及对象存储容量这样标识，此外，他们理解1KB=1000B。
常见硬盘的IOPS数值参考：
2,5" 10.000 rpm SAS 113 IOPS
2,5" 15.000 rpm SAS 156 IOPS
3,5" 15.000 rpm SAS 146 IOPS
2,5" 5.400 rpm SATA 71 IOPS
3,5" 7.200 rpm SATA 65 IOPS
3,5" 10.000 rpm U320 104 IOPS
3,5" 15.000 rpm U320 141 IOPS
3,5" 10.000 rpm FC 125 IOPS
3,5" 15.000 rpm FC 150 IOPS
3,5" 10.000 rpm FATA 119 IOPS
这里推荐一个在线计算IOPS的网站：http://www.wmarow.com/strcalc/硬盘的逻辑构建
Linux系统初始化时，会根据 MBR 来识别硬盘设备。MBR，全称 Master Boot Record，可译为硬盘主引导记录，占据硬盘 0 磁道的第一个扇区。MBR 中，包括用来载入操作系统的可执行代码，实际上，此可执行代码就是 MBR 中前 446 个字节的 boot loader 程序（引导加载程序），而在 boot loader 程序之后的 64 个（16×4）字节的空间，就是存储的分区表（Partition table）相关信息。最后2个字节用于校验引导程序的有效性。
硬盘在逻辑上由磁头、磁道、柱面和扇区组成。磁头靠近主轴接触的表面，即线速度最小的地方，是一个特殊的区域，它不存放任何数据，称为启停区或着陆区（Landing Zone），启停区外就是数据区。在最外圈，离主轴最远的地放是“0”磁道，硬盘数据的存放就是从最外圈开始的。如下图：
硬盘的读写是和扇区有着紧密关系的。在说扇区和读写原理之前先说一下和扇区相关的”盘面”、“磁道”、和“柱面”。
1.盘面
硬盘的盘片一般用铝合金材料做基片，高速硬盘也可能用玻璃做基片。
2.磁道
磁盘在格式化时被划分成许多同心圆，这些同心圆轨迹叫做磁道（Track）。磁道从外向内从0开始顺序编号。硬盘的每一个盘面有300～1 024个磁道，新式大容量硬盘每面的磁道数更多。
3.柱面
所有盘面上的同一磁道构成一个圆柱，通常称做柱面（Cylinder），每个圆柱上的磁头由上而下从“0”开始编号。数据的读/写按柱面进行，即磁 头读/写数据时首先在同一柱面内从“0”磁头开始进行操作，依次向下在同一柱面的不同盘面即磁头上进行操作，只在同一柱面所有的磁头全部读/写完毕后磁头才转移到下一柱面，因为选取磁头只需通过电子切换即可，而选取柱面则必须通过机械切换。
4.扇区
操作系统以扇区（Sector）形式将信息存储在硬盘上，每个扇区包括512个字节的数据和一些其他信息。一个扇区有两个主要部分：存储数据地点的标识符和存储数据的数据段。
扇区的第一个主要部分是标识符。包括组成扇区三维地址的三个数字：扇区所在的磁头（或盘面）、磁道（或柱面号）以及扇区在磁 道上的位置即扇区号。
扇区的第二个主要部分是存储数据的数据段。
A 是磁道，B 是扇面，C 是扇区，D 是簇（扇区组）硬盘工作原理
当需要从硬盘读取数据时，操作系统会将数据的逻辑地址发送给硬盘，硬盘的控制电路按照寻址逻辑将逻辑地址翻译成物理地址，即确定要读取的数据在哪个磁道，哪个扇区。
为了读取这个扇区的数据，需要将磁头移动到这个扇区的上方，为了实现这一点，首先必须找到对应的柱面，即磁头需要移动到对应的磁道上，这个过程叫做寻道，所耗费的时间叫做寻道时间。然后目标扇区旋转到磁头下，这个过程耗费的时间叫做旋转时间。接下来磁头读取该扇区的信息，然后就需要进行数据传输，即数据从硬盘传输到内存。
可以看到，进行一次读写硬盘所需要的时间可以概括为：寻道时间、旋转时间和传输时间。目前硬盘的平均寻道时间在 3ms 到 15ms 之间。
由于存储介质的特性，硬盘本身的存取速度就比主存慢很多，再加上磁头的机械运动，存取速度就更慢了。为了提高硬盘的效率，尽量减少磁盘 I/O，硬盘往往不是严格的按需存取，而是每次都会预读，即使只需要一个字节，磁盘也会从这个位置开始，顺序地向后读取一定长度的数据放入内存，这样做的理论依据是计算机科学中著名的空间局部性原理：
当一个数据被用到时，其附近的数据通常也会马上被用到。
程序在运行期间，一段时间内所需要的数据通常都比较集中，由于磁盘的顺序读取效率很高（不需要寻道时间，只需要很少的旋转时间），因此预读一般都可以提高磁盘 I/O 的效率。磁盘预读的长度一般为页（Page）的整数倍。由于操作系统经常与内存和硬盘这两种设备进行通信，为了屏蔽底层物理存储结构的设计细节，需要抽象出一种逻辑上的存储单位。当与硬盘打交道时，操作系统使用簇或者块；当与内存打交道时，操作系统使用页。当程序要读取的数据不在内存中时，会触发一个缺页异常，此时操作系统会向磁盘发出读盘信号，磁盘会找到数据的起始位置然后连续读取一页或者几页的数据放入内存，然后异常返回，程序继续执行。
数据如何存取
文件储存在硬盘上，硬盘的最小存储单位叫做"扇区"（Sector）。每个扇区储存512字节（相当于0.5KB）。
操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区地读取，这样效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个"块"（block）。这种由多个扇区组成的"块"，是文件存取的最小单位。"块"的大小，最常见的是4KB，即连续八个 sector组成一个 block。
文件数据都储存在"块"中，那么很显然，我们还必须找到一个地方储存文件的元信息，比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode，中文译名为"索引节点"。
每一个文件都有对应的inode，里面包含了与该文件有关的一些信息。
值得注意的是文件名并没有存储在元数据里面，而是存放在目录上，大家可以用命令查看，如vim tmp/，注意是相对路径。
inode一般存储了如下信息：
* 文件的字节数
* 文件拥有者的User ID
* 文件的Group ID
* 文件的读、写、执行权限
* 文件的时间戳，共有三个：ctime指inode上一次变动的时间，mtime指文件内容上一次变动的时间，atime指文件上一次打开的时间。
* 链接数，即有多少文件名指向这个inode
* 文件数据block的位置
inode也会消耗硬盘空间，所以硬盘格式化的时候，操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据区，存放文件数据；另一个是inode区（inode table），存放inode所包含的信息。
每个inode节点的大小，一般是128字节或256字节。inode节点的总数，在格式化时就给定，一般是每1KB或每2KB就设置一个inode。假定在一块1GB的硬盘中，每个inode节点的大小为128字节，每1KB就设置一个inode，那么inode table的大小就会达到128MB，占整块硬盘的12.8%。
查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量，可以使用df -i命令查看。
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