固態硬盤與機械硬盤綜合比較探究

孫瑞

摘 要：機械硬盤和固態硬盤是目前市面上最為常見的兩種計算機存儲設備，二者具有截然不同的實現原理和工作特性。本文通過對二者從原理到性能、價格等與普通消費者息息相關的方面進行簡單的對比分析，從而對普通用戶在這二者的認識與選擇上起到一定的參考作用。

關鍵詞：機械硬盤；固態硬盤；原理；性能；價格

1 前言

從計算機誕生的那一刻起，存儲設備就扮演著不可或缺的角色。最初的硬盤如著名的IBM RAMAC都是體積巨大并且十分沉重的大家伙，直到1980年前后，IBM推出了薄膜磁頭技術，才讓我們徹底告別了那些龐然大物。隨后我們把越來越多的注意力放在存儲密度和速度上，當然也沒有忘記追求更小更便捷的理念。但是，由于機械硬盤先天的設計使得我們不得不面對其機械零部件的穩定性及抗震性等諸多問題。而近年來，一種新形態的存儲設備開始嶄露頭角，即固態硬盤，它憑借著相對于機械硬盤的各種優越性能一舉成為了硬盤界的新星，由于存在著一些爭議點，它也未能在短時間內撼動機械硬盤的主流地位。那么，機械硬盤和固態硬盤之間究竟有哪些不同，它們又分別能給普通消費者帶來什么影響？本文通過對這二者不同方面的一些比較匯總，簡單分析其對普通用戶的意義。

2 機械硬盤與固態硬盤原理對比

2.1 機械硬盤的原理

機械硬盤，英文名Hard Disk Drive，是電腦上使用堅硬的旋轉盤片為基礎的非揮發性存儲設備，它在平整的磁性表面存儲和檢索數字數據，信息通過離磁性表面很近的磁頭，由電磁流來改變極性方式被電磁流寫到磁盤上，同時信息可以通過相反的方式讀取，例如讀頭經過紀錄數據的上方時磁場導致線圈中電氣信號的改變。其讀寫是采用隨機存取的方式，因此可以以任意順序讀取硬盤中的數據。機械硬盤內部包括一至數片高速轉動的磁盤以及放在執行器懸臂上的磁頭。

根據其實現原理，我們不難發現現代機械硬盤的工作方式就如同其名稱一般，是通過機械方式來實現，即電動馬達驅動盤片高速旋轉，再輔以磁頭的操作來存取數據。

2.2 固態硬盤的原理

固態硬盤，英文名Solid State Disk或Solid State Drive，是一種以存儲器作為永久性存儲器的電腦存儲設備。雖然SSD已不是使用“碟盤”來記存數據，也沒有用于“驅動”的馬達，但是人們依照命名習慣，仍然稱為固態硬盤或固態驅動器。

固態硬盤分易失性與非易失性兩種，這里我們著重研究更適合作為傳統硬盤替代品的非易失性固態硬盤。非易失性固態硬盤中數據的存取主要由NAND Flash及其主控芯片來實現，沒有活動的機械部件，為純芯片結構。

2.3 二者原理的對比

通過對機械硬盤與固態硬盤存取原理的簡單了解，我們可以歸納出二者之間最顯著的不同就在于機械結構的有無。而這一實現原理的差異也直接導致了二者在速度等實際使用性能上有著截然不同的特性。因此后文將在其原理的基礎上進一步細化對比二者的各項特性。

3 機械硬盤與固態硬盤性能對比

對于普通用戶而言，硬盤作為一個存儲介質，其性能便主要體現在其容量、速度、穩定性等實際使用場景方面。而由于硬盤本身的容量大小差異化較大，因此出于客觀性考慮，下文將在一定程度上弱化其容量差異產生的影響。

3.1 二者讀寫速度的對比

由前文可知機械硬盤通過磁頭在高速旋轉的盤片上進行磁操作來讀取數據，因而盤片旋轉的速度越快，機械硬盤的數據讀寫速度也就越快。目前消費市場上主流的機械硬盤盤片轉速主要有5400轉/分鐘和7200轉/分鐘兩種，其在SATA3接口下的讀寫速度則分別在50～90MB/s與90～190MB/s上下，不難發現機械硬盤轉速的提升對于其讀寫速度的影響還是很明顯的。但是，機械硬盤盤片的旋轉依賴于機械馬達的驅動，其速度的提高也會帶來發熱、磨損等諸多問題，在現有機械技術上想要大幅提高機械硬盤的轉速仍十分困難，因此其讀寫速度也很難在現有的基礎上獲得較大的飛躍。

反觀固態硬盤，由于不采用任何機械構造，因此便不會遇到機械硬盤的轉速瓶頸問題。同時由于其采用芯片式的閃存存取方式，基礎讀寫速度極快。不過有一點要指出的是，不像大多數的機械硬盤的讀寫速度僅和轉速相關，固態硬盤由于其特殊的構造，其讀寫速度易受容量、主控等各方面因素影響較大，因此其讀寫速度的變化區間也較大，目前主流的固態硬盤讀寫速度主要集中在500MB/s～1GB/s這樣區間，也有少部分高端型號可以達到2GB/s以上。但無論是哪一種型號，固態硬盤的讀寫速度高于機械硬盤已是不爭的事實。由于底層技術實現上的差異，機械硬盤的讀寫速度可以說是已經輸在了起跑線上。

3.2 二者功耗的對比

無論是機械硬盤還是固態硬盤，它們都需要通電來進行工作。那么，同樣是完成其作為存儲設備的工作，這二者的功耗情況如何？

由于機械硬盤采用機械方式工作，其功耗主要用于馬達驅動和磁頭讀寫，因此這和其盤片大小與轉速密切相關，常見的3.5吋臺式機機械硬盤運行功耗大約在10～20W，2.5吋的筆記本機械硬盤則可在此基礎上折半。

而固態硬盤由于沒有機械部件，其功耗主要用于主控的運算與閃存芯片擦寫等，一般在4～5W左右，相比于傳統機械硬盤較小。另外還需要指出的一點是：固態硬盤在計算機待機狀態下可以幾乎完全斷電，而機械硬盤為了保證喚醒速度很難做到完全斷電，因此在待機這一點上固態硬盤也是占優的。

綜上，固態硬盤由于不受傳統機械裝置的拖累，其功耗一般在機械硬盤之下。

3.3 二者重量的對比

隨著移動設備的普及，硬盤的重量也逐漸成為消費者的考量因素之一。不過由于各類硬盤結構、設計等差異化較大，因此這里僅考慮二者各自相對傳統的實現方式的重量。

機械硬盤內部有盤片、馬達、磁頭等電氣設備，均為金屬制，筆記本上常見的2.5吋機械硬盤重量在100g左右。另外由于機械硬盤的容量與盤片大小數量等相關，故容量大的機械硬盤也會相應地加重。

固態硬盤內部只有電路板和芯片，其重量在50g左右，比機械硬盤輕了近一半，同時由于其容量的增加主要體現在芯片內部構造上，故容量大的固態硬盤并不會加重，可見其重量上的優勢。

3.4 二者發熱與噪音的對比

受技術條件限制，大多數的電子設備工作時往往都會存在著或多或少的發熱和噪音，這是比較影響用戶體驗的。那么機械硬盤和固態硬盤在這兩方面的表現如何呢？

機械硬盤的正常工作依賴于磁頭在高速旋轉盤片上的讀寫，而我們都知道，馬達高速運轉往往會產生較多的發熱和噪音，盡管部分機械硬盤廠商有其相應的優化方案，但也只能盡可能地去減小，而無法從源頭上完全控制其發熱和噪音。

固態硬盤的工作則完全靠電路實現，電流會引起一定的發熱，但其噪音幾乎為零，因此在這一點上是略優于機械硬盤的。

3.5 二者數據穩定性的對比

作為存儲設備，最重要的就是保證其存儲的數據的穩定與安全。這體現在諸多方面，如抗震性能、存儲壽命等。下面我們就來對機械硬盤與固態硬盤進行相關的比較。

機械硬盤中的數據存儲在盤片上，在運行過程中通過磁頭進行讀取。因此其盤片的情況很大程度上也就決定了內部所存數據的情況。由于機械硬盤工作時盤片會高速旋轉，而磁頭則懸浮于其上，二者間距離非常小，這就導致了一但遭遇震動、碰撞等外力，磁頭極易和盤片接觸進而損壞盤片。盡管目前大部分的機械硬盤在防震上做了許多優化，但是這一損壞的可能性依然存在。因此機械硬盤中數據的威脅主要來自于物理上的損壞。

固態硬盤由于內部沒有機械結構，物理損壞的可能性相對較小，這就使其有較好的抗震性能。但與機械硬盤不同的是，固態硬盤由于實現原理限制，其內部存儲芯片的擦寫數量存在限制，同時也會受到固態硬盤本身容量的影響。因此固態硬盤中數據的威脅主要來自于其實現原理本身的限制。

綜上，在數據穩定性方面，二者均存在其優勢與劣勢，因此目前也尚不存在互相取代的可能。

4 機械硬盤與固態硬盤價格對比

對普通消費者而言，除了存儲設備的性能，最關心的莫過于其價格，這里給出機械硬盤與固態硬盤價格上的簡單對比。需要指出的是，由于各品牌廠商各自的技術、定價策略等差異較大，因此在相同容量情況下也常會出現價格波動較大的情況，故本文僅給出基于當前市場的普遍性價位，不考慮一些特殊情況。

首先機械硬盤和固態硬盤的價格都與其容量正相關，這也符合其作為存儲介質最本質的特點。通過對硬盤銷售市場的觀察，我們發現機械硬盤中1TB容量最為暢銷，而固態硬盤則是以256GB為主，而這在很大程度上就由其價格決定。巧的是，這兩種容量規格的硬盤價位都在500元上下，可以看出目前固態硬盤單位存儲容量的價格相對與機械硬盤還是較高的。如果我們提高存儲容量，又會發現固態硬盤的價格隨其存儲容量的增大上升地更為明顯，這也與固態硬盤的性能與存儲容量之間的正向關系相印證。

綜上，我們不難發現在相同價位上，我們更易購買到容量相對較高的機械硬盤，而高容量固態硬盤的價格則會有可觀的升高。

5 總結

通過對機械硬盤與固態硬盤原理、性能及價格的簡單對比分析，可以看出對于普通消費者來說，固態硬盤能夠帶來比機械硬盤優異許多的性能，但也需要付出相同容量下比機械硬盤更多的費用，同時固態硬盤在某些方面如讀寫壽命、數據的恢復性上仍存在著一些局限，也絕非完美。因此，普通消費者在選擇存儲設備時還應根據機械硬盤與固態硬盤二者的各方面的差異，理性合理選擇，以最大限度地利用二者的優勢。

參考文獻

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