1.3.1 硬盘驱动器
硬盘的全称为硬盘驱动器(Hard Disk Drive,HDD)。它作为电脑主机的核心存储设备,肩负着为硬件操作系统、用户资料等数据的存储提供物理空间的重任。笔记本电脑和台式计算机硬盘,从产品结构和工作原理上来看,并没有本质上的区别,笔记本电脑硬盘通过相应的硬盘转接口转接后,也可以使用在台式计算机平台上。考虑到笔记本电脑便携性和移动性的需要,其硬盘必须在体积、稳定性和功耗上达到很高的要求,而且防震性能要好。部分电脑硬件厂商还专为笔记本电脑硬盘设计了震动保护系统,在笔记本电脑遇到震动时硬盘能够暂时停止运转,不进行数据的读/写,以保护硬盘不受损坏。
目前笔记本电脑硬盘标准产品的盘片直径有2.5英寸和1.8英寸两种,前者是笔记本电脑的主流产品,盘体厚度通常为9.5mm,远低于3.5英寸的台式计算机硬盘。从硬盘接口的传输界面上区分,通常又可以将硬盘分为IDE(Integrated Drive Electronics)和SATA(Serial ATA)传输界面两种。2.5英寸IDE界面硬盘工作电压为5V,采用16位并行数据的传输方式。SATA界面硬盘采用5V和3.3V工作电压,采用串行数据传输方式,具有抗干扰能力强、针脚数少和支持热插拔等特点,已逐步取代IDE接口硬盘,成为市场上的主流产品。1.8英寸的硬盘主要应用在某些超轻、超薄的电脑机型上,其接口信号本身兼容2.5英寸的硬盘,接口界面也分为IDE和SATA两种型号,盘体工作电压通常为3.3V。如图1-8、图1-9所示为典型的硬盘型号外观。
图1-8 典型笔记本电脑2.5英寸硬盘视图
图1-9 典型笔记本电脑1.8英寸硬盘视图
如图1-9所示的1.8英寸硬盘的示例型号规格,见表1-1。
关于笔记本电脑硬盘的主要性能参数,从以下几个方面所列的参数,可见一斑。
表1-1 典型1.8英寸硬盘规格
硬盘转速
目前笔记本电脑的硬盘转速有4200r/min、5400r/min和7200r/min等几种,市场主流产品的硬盘转速为5400r/min。由于笔记本电脑主机空间狭小,采用高速电机必然会带来更大的功率功耗和发热量,所以其转速较台式计算机硬盘10000r/min的转速还有一定的差距。
硬盘容量
硬盘产业界较早推出的容量规格有20~40GB的,近期有320GB~1TB的,甚至更大的容量空间。硬盘容量的大小,是定位硬盘档次高低的最重要指标之一。
硬盘缓存
为了平衡硬盘内部与电脑主机之间数据传输的延迟,需要将读取过的数据暂时保存在其缓冲区域中,如果主机再次需要时,可直接从缓冲区域提取,以加快读/写速度。缓存(Cache)作为硬盘性能的一项重要指标,其容量的大小在一定程度上影响着硬盘性能的发挥。目前最常见的硬盘缓存容量有16MB等几种。
传输速率
目前笔记本电脑IDE(Ultra ATA-100)接口界面的并行硬盘数据传输速率理论上可以达到100MB/s。SATA-1(SATA 1.0标准)接口界面的串口硬盘传输速率理论上可以达到150MB/s。SATA-2(SATA 2.0标准)的传输速率为300MB/s。SATA-3(SATA 3.0标准)的传输速率为600MB/s。
近期比较流行、也是很有可能取代目前仍是主流的磁片式硬盘的固态硬盘(Solid State Disk,SSD),是由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或DRAM芯片组成。现有2.5英寸固态硬盘在接口规范、功能定义及使用方法上与普通磁片硬盘完全兼容,在产品外形、尺寸上也与普通硬盘完全一致。
由于固态硬盘与传统硬盘在技术上有很大不同,所以也产生了不少新兴的存储器厂商,这些厂商只需购买NAND存储颗粒,再配合适当的控制芯片,就可以制造固态硬盘了。新一代的固态硬盘普遍采用SATA-3接口标准。如图1-10所示为典型的2.5英寸笔记本电脑固态硬盘视图。
图1-10 典型笔记本电脑2.5英寸SSD硬盘视图
下面针对固态硬盘的产品特点,稍作如下汇总。
读/写速度快
采用闪存颗粒作为存储介质,读取速度相对机械硬盘更快。固态硬盘不用磁头,寻道时间几乎为零。持续写入的速度非常惊人,通常超过500MB/s。
此外,固态硬盘的快绝不仅仅体现在持续读/写上,随机读/写速度快才是固态硬盘的终极奥义,这直接体现在绝大部分的日常操作中。与之相关的还有极低的存取时间,最常见的7200转机械硬盘的寻道时间一般为12~14ms,而固态硬盘可以轻易达到0.1ms甚至更低。
优越的物理特性
固态硬盘具有低功耗、无噪声、抗震动、低热量、体积小、工作温度范围大等特点。由于没有机械电动机和风扇,工作时噪声值为零分贝。基于闪存的固态硬盘在工作状态下能耗和发热量较低,内部不存在任何机械活动部件,不会发生机械故障,也不怕碰撞、冲击、振动。典型的硬盘驱动器只能在5~55℃范围内工作,而大多数固态硬盘可在-10~70℃范围内工作。固态硬盘比同容量机械硬盘具有体积小、重量轻等特点。
容量价格比偏低
虽然随着产品需求量的增加和工艺的日趋成熟,相同容量的固态硬盘价格也一直在走低,但是相比之下机械硬盘的容量价格比的确非常高,也就是同容量的固态硬盘还是比普通机械硬盘贵很多,这也是本人认为固态硬盘不能很快取代传统机械硬盘的主要原因。
寿命限制
固态硬盘具有擦写次数限制的问题,这也是许多人诟病其寿命短的原因所在。闪存颗粒完全擦写一次叫作1次P/E,因此闪存的寿命以P/E作为单位。25nm的寿命约是3000次P/E。随着SSD固件算法的提升,新款SSD能提供更少的不必要写入量,有效延长了固态硬盘的使用寿命。相对于笔记本电脑的常规使用寿命而言,硬盘使用寿命应该已经不是问题了。
此外,相比较于价格昂贵的大容量固态硬盘,近期笔记本电脑采用的mSATA接口标准的mini固态硬盘非常流行。它是标准SATA的迷你版本,通常通过mini PCI-E接口上包含的SATA数据总线界面传输信号,传输速率同样支持1.5GB/s、3GB/s、6GB/s三种模式。如图1-11所示为典型的mSATA硬盘视图,与普通PCI-E无线网卡的外观相似。
图1-11 典型mSATA硬盘视图
mSATA技术提供了与普通SATA接口标准一样的数据传输速率和可靠度,但同时具备尺寸更小的特点,成为笔记本电脑、平板电脑等硬件系统高效能、符合经济效益的储存方案。目前平板电脑采用的几乎都是mSATA接口SSD存储。同时,越来越多的笔记本电脑产品也开始使用这种接口的存储方案,mSATA SSD通常和机械硬盘在电脑主机中相互搭配(也就是双硬盘方案)。此时,容量较小(通常有24GB、32GB等规格)的mSATA SSD充当系统缓存、休眠分区等应用角色,这套方案既解决了SSD硬盘容量不足的问题,也较好地解决了电脑系统数据读取快的性能提升应用需求,如联想Ideapad Y480、Dell Precision M6400等产品,都支持配置mSATA的双硬盘方案。如图1-12所示为mSATA SSD硬盘在电脑主机中的安装图示。
图1-12 mSATA SSD在电脑主机中的安装图示