走出誤區,告訴你臺式機硬碟的N個秘密

2025-04-06 17:41:24

    首先，我們來了解一下硬碟的內部結構，它將有助於理解本文的相關內容。

    工作時，磁碟在中軸馬達的帶動下，高速旋轉，而磁頭臂在音圈馬達的控制下，在磁碟上方進行徑向的移動進行尋址

    硬碟常見的技術指標有以下幾種：

    1、 每分鐘轉速（RPM，Revolutions Per Minute）：這一指標代表了硬碟主軸馬達（帶動磁碟）的轉速，比如5400RPM就代表該硬碟中的主軸轉速為每分鐘5400轉。

    2、平均尋道時間（Average Seek Time）：如果沒有特殊說明一般指讀取時的尋道時間，單位為ms（毫秒）。這一指標的含義是指硬碟接到讀/寫指令後到磁頭移到指定的磁軌（應該是柱面，但對於具體磁頭來說就是磁軌）上方所需要的平均時間。除了平均尋道時間外，還有道間尋道時間（Track to Track或Cylinder Switch Time）與全程尋道時間（Full Track或Full Stroke），前者是指磁頭從當前磁軌上方移至相鄰磁軌上方所需的時間，後者是指磁頭從最外（或最內）圈磁軌上方移至最內（或最外）圈磁軌上方所需的時間，基本上比平均尋道時間多一倍。出於實際的工作情況，我們一般只關心平均尋道時間。

    3、平均潛伏期（Average Latency）：這一指標是指當磁頭移動到指定磁軌後，要等多長時間指定的讀/寫扇區會移動到磁頭下方（碟片是旋轉的），碟片轉得越快，潛伏期越短。平均潛伏期是指磁碟轉動半圈所用的時間。顯然，同一轉速的硬碟的平均潛伏期是固定的。7200RPM時約為4.167ms，5400RPM時約為 5.556ms。

    4、 平均訪問時間（Average Access Time）：又稱平均存取時間，一般在廠商公布的規格中不會提供，這一般是測試成績中的一項，其含義是指從讀/寫指令發出到第一筆數據讀/寫時所用的平均時間，包括了平均尋道時間、平均潛伏期與相關的內務操作時間（如指令處理），由於內務操作時間一般很短（一般在0.2ms左右），可忽略不計，所以平均訪問時間可近似等於平均尋道時間+平均潛伏期，因而又稱平均尋址時間。如果一個5400RPM硬碟的平均尋道時間是9ms，那麼理論上它的平均訪問時間就是 14.556ms。

    5、 數據傳輸率（DTR ，Data Transfer Rate）：單位為MB/s（兆字節每秒，又稱MBPS）或Mbits/s（兆位每秒，又稱Mbps）。DTR分為最大（Maximum）與持續（Sustained）兩個指標，根據數據交接方的不同又分外部與內部數據傳輸率。內部DTR是指磁頭與緩衝區之間的數據傳輸率，外部DTR是指緩衝區與主機（即內存）之間的數據傳輸率。外部DTR上限取決於硬碟的接口，目前流行的Ultra ATA-100接口即代表外部DTR最高理論值可達100MB/s，持續DTR則要看內部持續DTR的水平。內部DTR則是硬碟的真正數據傳輸能力，為充分發揮內部DTR，外部DTR理論值都會比內部DTR高，但內部DTR決定了外部DTR的實際表現。由於磁碟中最外圈的磁軌最長，可以讓磁頭在單位時間內比內圈的磁軌划過更多的扇區，所以磁頭在最外圈時內部DTR最大，在最內圈時內部DTR最小。

    6、緩衝區容量（Buffer Size）：很多人也稱之為緩存（Cache）容量，單位為MB。在一些廠商資料中還被寫作Cache Buffer。緩衝區的基本要作用是平衡內部與外部的DTR。為了減少主機的等待時間，硬碟會將讀取的資料先存入緩衝區，等全部讀完或緩衝區填滿後再以接口速率快速向主機發送。隨著技術的發展，廠商們後來為SCSI硬碟緩衝區增加了緩存功能（這也是為什麼筆者仍然堅持說其是緩衝區的原因）。這主要體現在三個方面：預取（Prefetch），實驗表明在典型情況下，至少50%的讀取操作是連續讀取。預取功能簡單地說就是硬碟「私自」擴大讀取範圍，在緩衝區向主機發送指定扇區數據（即磁頭已經讀完指定扇區）之後，磁頭接著讀取相鄰的若干個扇區數據並送入緩衝區，如果後面的讀操作正好指向已預取的相鄰扇區，即從緩衝區中讀取而不用磁頭再尋址，提高了訪問速度。寫緩存（Write Cache），通常情況下在寫入操作時，也是先將數據寫入緩衝區再發送到磁頭，等磁頭寫入完畢後再報告主機寫入完畢，主機才開始處理下一任務。具備寫緩存的硬碟則在數據寫入緩區後即向主機報告寫入完畢，讓主機提前「解放」處理其他事務（剩下的磁頭寫入操作主機不用等待），提高了整體效率。為了進一步提高效能，現在的廠商基本都應用了分段式緩存技術（Multiple Segment Cache），將緩衝區劃分成多個小塊，存儲不同的寫入數據，而不必為小數據浪費整個緩衝區空間，同時還可以等所有段寫滿後統一寫入，性能更好。讀緩存（Read Cache），將讀取過的數據暫時保存在緩衝區中，如果主機再次需要時可直接從緩衝區提供，加快速度。讀緩存同樣也可以利用分段技術，存儲多個互不相干的數據塊，緩存多個已讀數據，進一步提高緩存命中率。

    這是我們經常能看到的硬碟參數指標

    7、噪音與溫度（Noise & Temperature）：這兩個屬於非性能指標。對於噪音，以前廠商們並不在意，但從2000年開始，出於市場的需要（比如OEM廠商希望生產更安靜的電腦以增加賣點）廠商通過各種手段來降低硬碟的工作噪音，ATA-5規範第三版也加入了自動聲學（噪音）管理子集（AAM，Automatic Acoustic Management），因此目前的所有新硬碟都支持AAM功能。硬碟的噪音主要來源於主軸馬達與音圈馬達，降噪也是從這兩點入手（碟片的增多也會增加噪音，但這沒有辦法）。除了AAM外，廠商的努力在上文的廠商介紹中已經講到，在此就不多說了。至於熱量，其實每個廠商都有自己的標準，並聲稱硬碟的表現是他們預料之中的，完全在安全範圍之內，沒有問題。這一點倒的是不用擔心，不過關鍵在於硬碟是機箱中的一個組成部分，它的高熱會提高機箱的整體溫度，也許硬碟本身沒事，但可能周圍的配件卻經受不了，別的不說，如果是兩個高熱的硬碟安裝得很緊密，那麼它還能承受近乎於雙倍的熱量嗎？所以硬碟的熱量仍需廠商們注意。