硬盘图解：深入了解存储设备的结构和原理 (硬盘示意图)
随着科技的不断进步，存储设备的重要性越来越凸显。作为计算机存储的主要设备之一，硬盘的出现极大地便利了人们的生活。那么，硬盘的构成结构和工作原理是什么呢？如何维护它们以保证其正常使用呢？今天我们就来深入了解一下。
一、硬盘的构成结构
硬盘主要由磁盘机构、电子控制机构和外壳三个部分组成。
1. 磁盘机构
硬盘的数据储存和读取是通过磁盘上的磁性材料实现的。硬盘机构中包含若干相同的圆盘，每个圆盘上分布着许多相互平行而独立的磁道。这些磁道的数量决定了硬盘的容量。每个磁道上都有若干个扇区，扇区是硬盘中最小的数据存储单位。硬盘内存取出数据时，会通过扇区所在的磁道来寻找数据。
2. 电子控制机构
电子控制机构是硬盘的控制中心，它包含了存储控制器和电子元器件。存储控制器是电子控制机构的核心部分，它负责整个硬盘的工作。存储控制器和电子元器件可以让计算机读取和写入数据、控制磁头，同时进行故障检测、自动校正和误差纠正，确保硬盘的运作稳定和可靠。
3. 外壳
硬盘外壳主要用于保护硬盘的内部机构，同时帮助固定硬盘在计算机中。外壳一般由厚实的铝合金或者钢板打造，可以防止硬盘干涉信号或震动，同时还可以保护硬盘的内部机构以及内部数据的安全。
二、硬盘的工作原理
硬盘的工作原理可以理解为磁盘机构和电子控制机构之间的互动过程。
1. 磁盘机构
硬盘的磁盘机构由多个盘片和读写磁头组成。盘片上会连续的存储固定位置的数据，这些数据可以是文件、视频还是音乐等内容。磁盘上的读写磁头则负责将数据写入和读取。读写磁头原理上是一支铁氧化物的电磁芯片，它们分别对应着磁盘盘片上的荧光带，依据磁场的不同，变化成弱电信号，反向同理，这个过程就是读写过程。
2. 电子控制机构
硬盘的电子控制机构中包含了存储控制器、固件等元件。存储控制器负责将数据输出到硬盘中，同时监控磁盘机构，对磁头的运动、读写过程进行控制，并对硬盘进行自检。存储控制器可以返回非正常情况报告，可以帮助操作系统对每一个硬盘分区进行管理。固件则是存储在硬盘中不易更改的程序，协助存储控制器实现硬盘的读写、磁盘的校验等相关操作。
三、硬盘的维护和保养
硬盘的维护和保养可以通过以下几个方面实现：
1. 安装和维护驱动程序
在使用硬盘前，应安装最新的驱动程序和软件，以确保它的正常运行和性能。同时，应及时升级和更新驱动程序，修复安全漏洞和确保最新的功能能够适应硬件的要求。
2. 建立适当的电气静电场
在安装或维护硬盘时，应保证自身带有它足够的静电保护装置。同时，要放置在可控的电气静电场地方，远离其他的电子元件，防止它受到静电影响。
3. 避免机械撞击和震动
硬盘是非常敏感的电子设备，机械撞击和震动都可能导致它的数据损坏和不正常的运行。因此，要避免长时间的运行和权力突然的断电，同时也不要随意拆卸硬盘。
4. 保持足够的风冷和卧式安装
硬盘的工作过程中，产生了大量的热量，因此要保持适当的散热。另外，硬盘长时间放置时，应该采用卧式安装方式，以保证硬盘内部保持干燥通风、防止内部潮湿等情况。
硬盘的图解和结构介绍了硬盘的构成和工作原理。硬盘通过磁盘机构和存储控制器之间的互动完成读写操作，并通过外壳保护内部机器以及内部数据的安全。同时，硬盘的维护和保养可以通过合适安装驱动程序、静电防护、防震和风冷控制等措施来实现。掌握了这些知识，就能更好的使用硬盘及时发现硬盘问题，为计算机的正常运行提供保障。
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固态硬盘SATA
在传统的系统应用架构中，如机械硬盘和光驱设备，SATA(Serial ATA)接口在高级主机控制器接口绝神昌AHCI(Serial ATA Advanced Host Controller Interface)模式的帮助下，已完全达到预期的性能要求。但到了固态硬盘的时代，与机械硬盘的磁头等机械结构不同，固态硬盘的存储介质是NAND闪存，这时，SATA接口和高级控制器接口AHCI模式的组合已经称为了固态硬盘性能释放的瓶颈。
理工科更大的优势就是，出现问题，就会立即寻瞎谈找解决问题的办法。俗话说，问医抓药，就要先了解病症。所以在要去找解决这一瓶颈的答案之前，我们需要深入了解一下固态硬盘的结构和存储方式。
从上图的固态硬盘的结构图可以看到，固态硬盘主要有主控Controller，内存RAM和NAND闪存组成。此外，固态硬盘与Host主机之间的交互依靠特定的接口Host Interface，主控与NAND闪存之间的数据交互由Flash Controller控制。在主控与NAND闪存之间存在多个通道，每个NAND闪存芯片执行正常的速度，结合多通道结构达到容量的提升，也能够保证固态硬盘可以更快的进行数据传输，最终达到高性能。
根据早期的闪存报告，每个NAND闪存芯片的50MB/s,典型的固态硬盘结构中采用4或者8个NAND芯片，那么综合性能可以达到400MB/s(8*50MB/s).我们知道，SATA接口中的第三代SATA 3.0更大的速度为600MB/s,所以这个速度对于早期的NAND闪存芯片来说已经绰绰有余了。
但是，目前消费级固态硬盘中的NAND闪存芯片的速度大并扒约是200MB/s.随着NAND闪存标准的不断完善，包括AT&T Toggle 2.x和ONFI 3.x，PCIe固态硬盘配备的NAND芯片速度达到400MB/s，如果配备8颗NAND芯片，PCIe固态硬盘NAND闪存速度可以达到3.2GB/s。从这个速度来看，SATA接口固态硬盘完全不能发挥NAND本身的优势，完成称为了固态硬盘更大吞吐量的瓶颈。
SATA接口和高级控制器接口AHCI接口发展遇到瓶颈，这时，NVMe主机控制器接口协议应用而生，NVMe的目的就是满足基于PCIe固态硬盘的企业数据中心和终端用户的系统性能需求。虽然在NVMe之前，为了实现PCIe固态硬盘性能的更大化，各大厂商为PCIe固态硬盘设计了很多接口和专属的驱动设计，由于每家厂商设计的接口完全不一致，从而导致了大规模的应用。为了更好实现PCIe固态硬盘的扩展，NVMe标准也随之出炉。NVMe充分发挥了PCIe固态硬盘的低延迟以及并行性，这也侧面反馈了，现在系统应用平台的并行性。下图展示的是NVMe主机控制接口搭配PCIe固态硬盘的链接示意图，以及AHCI主机控制器接口搭配SATA固态硬盘的链接示意图。
从上面的互连示意图，我们可以了解到，SATA固态硬盘是先链接到SATA控制器，再链接到PCIe RC；但是，基于PCIe的固态硬盘可以直接链接到PCIe RC端或者CPU，这中间消除了转换协议的开销，实现更快的数据处理。
这篇文章先抛装引玉，引出NVMe,下一篇着重介绍NVMe与AHCI具体的不同之处。敬请期待，谢谢！
组装台式电脑，固态硬档孝颤盘已经是装机必不可少的配件。它可以让开机速度更快，大大的提高软件打开速度，相比传统的机械硬盘噪音更小，所以深受DIY玩家们的喜爱，
目前大家能经常接触的到固态硬盘可以分为SATA和M.2固态硬盘，行败那么这两者有什么区别呢？SATA和M.2固态硬盘读写速度差别很大。目前主流的SATA 3.0固态硬盘的更大传输速度为6Gbps，实际速度更大为560MB/s。而采用了NVMe协议的M.2固态硬盘三星960 PRO，更大读取速度可以达到3.5GB/s。
主流的M.2固态硬盘有两种，一种是M2的接口，但是仍然走的SATA总线，比较有代表的就是三星850EVO，速度提升并不会太大。另一慎启种，是通过NVME协议，走的PCI-E通道的M.2固态硬盘，三星PM961可以是它的代表，有着超高的速度。
除此之外，选择M.2固态硬盘一颗螺丝就能轻松实现安装，但是有些低端主板是不支持的。科技产品买新不买旧，建立大家都上NVMe协议的M.2固态硬盘，速度快得多。
最近准备给一台老机升级，升级方向比较简单，主要是加大弊铅内存的容量，增加固态硬盘。比较可惜的是，这台老电脑使用是H61主板，上面没有SATA3接口，只有SATA2接口。对于这种情况，我一般只会选择性能不强，价格便宜的SSD。因为这样做，不会造成太大的浪费。那么SATA3的固态硬盘接到SATA2的主板接口上有瓶颈吗？下面就实测一下。
首先选择测试平台，主板要有原生的SATA3和SATA2接口。旅滑我这里先择了微星Z77A-GD65 Gaming，这块主板配备8个SATA磁盘接口，其中最上方的是两个原生SATA3，中间四个是SATA2，最下方两个则是第三方SATA3。
做测试用低端便宜级SSD，这块128G的产品。使用了MLC颗粒，SF 2281主控。
测试平台的硬件信息展示。
主板为SATA2接口测试：
在CrystalDiskInfo软件中，传输模式中显示SATA/300| SATA/600，这时说明拆卜腊主板接口是SATA2的，SSD接口是SATA3的。
在不同版本的AS SSD Benchmark软件测试中，当主板为SATA2接口时的得分展示。
主板为SATA3接口测试：
在CrystalDiskInfo软件中，传输模式中显示SATA/600| SATA/600，这时说明主板接口是SATA3的，SSD接口也是SATA3的。
在不同版本的AS SSD Benchmark软件测试中，当主板为SATA3接口时的得分展示。
从测试结果可以明显看出，当主板接口为SATA3接口时，SSD的得分明显增高，尤其是读取速度。至于4K-64K线程的速度也增加了不少。但是4K选项的写入速度却不升反降。总得来说，SATA2接口对固态硬盘的性能的确有很大的影响，但是如果SSD的性能并不强劲，那影响还是很有限的。所以给老旧电脑升级，配SSD的话，不要配太好，太贵的，不然就是一种浪费了。
SATA3接口SSD硬盘，转成mSATA接口，目前还没有这种转换装置。只有mSATA接口的卡盘，转成SATA口使用的装置。
1、SATA硬盘转成mSATA接口后，那么大的体薯拿积，是无法安装在尺轮主板上的；
2、只有把mSATA接口的SSD卡盘，转换成SATA接口，安装在原2.5″硬盘位置上，才可正常使用。当然，加装支架后，也可固定在3.5″硬盘位上；
3、这种转换装置卡实物，见下图示：
4、这种转换装置，是单向转换的，即mSATA → SATA数据传输陵手信，是不可逆的。
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