只需一步，讓電腦重現(xiàn)“順滑”!
審核專家：陳進(jìn)才
華中科技大學(xué)，武漢光電國家研究中心，光電信息存儲(chǔ)研究部教授
在我們的電腦中，有一個(gè)地方行使著猶如圖書館一般的職責(zé)，那就是我們的硬盤。硬盤可以理解為電腦的記憶中樞，我們所有的資料都保存在其中，其重要性不言而喻。
目前主流硬盤主要分為兩大陣營：機(jī)械硬盤和固態(tài)硬盤。
機(jī)械硬盤
1956年，世界上第一塊硬盤誕生，它是由IBM公司制造的350RAMAC。盤片直徑為24英寸，盤片數(shù)為50片，重量則達(dá)到了上百公斤，相當(dāng)于兩個(gè)冰箱的體積。但是其存儲(chǔ)容量只有5MB。
這便是硬盤的雛形，迄今為止的所有機(jī)械硬盤，其工作原理基本上都與其類似，只不過是轉(zhuǎn)速越來越快，容量越來越大。如今僅需500元便可以買到一塊4TB的硬盤，可以存儲(chǔ)4000部電影，但是體積僅有一本書大小。（1TB=1024GB=1024*1024MB，一部高清電影大概就是1GB左右）
機(jī)械硬盤，也可以稱其為硬磁盤。其原理便是利用電磁效應(yīng)從磁性盤片上讀取數(shù)據(jù)。每塊機(jī)械硬盤都由若干盤片構(gòu)成，每一盤片又可以分為若干扇區(qū)和磁道，我們的信息就存儲(chǔ)在一個(gè)個(gè)磁道里面，然后利用高速旋轉(zhuǎn)的磁頭來讀取數(shù)據(jù)。
我們在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，電腦都是沿著磁道的方向，一步步寫入的，這就是順序?qū)懭?/strong>。就好比我們寫作文，是一行一行寫的。在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，依照順序讀的話，機(jī)械硬盤自然是能夠勝任這個(gè)工作的。
但是，我們平時(shí)使用的各種軟件，軟件調(diào)用數(shù)據(jù)是跳著來的，就好比讀作文時(shí)，一開始是讀的第一行，然后下一秒就讀到最后一行，然后又讀第二行，這就是隨機(jī)讀。而這時(shí)，機(jī)械硬盤就需要轉(zhuǎn)到最后，然后再回來，這就導(dǎo)致其讀取效率非常低下。雖然人們利用了各種磁盤調(diào)度方案來優(yōu)化這個(gè)問題，但是機(jī)械硬盤的隨機(jī)讀寫性能受限于其物理結(jié)構(gòu)，無論如何優(yōu)化，終究是無法突破物理極限的。
這時(shí)，固態(tài)硬盤便應(yīng)運(yùn)而生了。
固態(tài)硬盤
現(xiàn)在主流的固態(tài)硬盤均是在NAND閃存顆粒的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。這就和機(jī)械硬盤在本質(zhì)上不同，固態(tài)硬盤沒有機(jī)械結(jié)構(gòu)，沒有馬達(dá)，沒有噪音，體積更小，而且還抗震，無論是順序讀寫，還是隨機(jī)讀寫，都對(duì)機(jī)械硬盤形成了碾壓。目前主流固態(tài)硬盤的順序讀寫性能可以達(dá)到3000MB/s，是機(jī)械硬盤的30倍，而隨機(jī)讀寫性能更是可以達(dá)到機(jī)械硬盤的成百上千倍。
上圖是筆者電腦測試圖，Seq一欄是順序讀寫性能，這一點(diǎn)一般人基本是用不上的，對(duì)我們?nèi)粘Ｊ褂糜绊懽畲蟮氖堑诙冢?K隨機(jī)讀寫，筆者的電腦是一塊使用了三年的普通固態(tài)硬盤，性能有一定下降，但即便如此，其4K隨機(jī)讀寫也是機(jī)械硬盤望塵莫及的。
雖然用固態(tài)硬盤測試軟件來測試機(jī)械硬盤不太合理，但筆者還是嘗試了一下。
我們可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)械硬盤的4K隨機(jī)讀寫性能非常弱，僅有固態(tài)硬盤的幾十分之一。
固態(tài)硬盤結(jié)構(gòu)
來源丨嗶哩嗶哩-酷玩小報(bào)
NAND閃存，可以理解為一個(gè)個(gè)抽屜，這些抽屜由一個(gè)個(gè)晶體管構(gòu)成，而在固態(tài)硬盤當(dāng)中，這樣的抽屜數(shù)量是數(shù)以億計(jì)的。
在每一個(gè)不同的單元中，通過輸入不同數(shù)量的電子，就能夠改變每一個(gè)單元的導(dǎo)電性能，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的讀和寫。也就是說，固態(tài)硬盤的性能與電子遷移速率呈正相關(guān)，可想而知，物理的機(jī)械馬達(dá)又如何能夠快過電信號(hào)呢？
而在固態(tài)硬盤內(nèi)部，其實(shí)也存在三六九等：分別是SLC、MLC、TLC、以及最次的QLC。
來源丨嗶哩嗶哩-酷玩小報(bào)
SLC（Single-Level Cell單層單元），也就是一個(gè)抽屜只放0和1兩個(gè)數(shù)據(jù)；而MLC（Multi-Level Cell多層單元）則放11，10，01，00四個(gè)數(shù)據(jù)；TLC（Triple-Level Cell）則放八個(gè)數(shù)據(jù)，QLC基本可以直接忽略。
我們當(dāng)然希望每一個(gè)抽屜裝的越多越好，但是當(dāng)一個(gè)抽屜里裝的太多時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)找到你想到的東西會(huì)變得非常困難，就好像你要在一堆五顏六色的襪子中找到配對(duì)的那一雙。NAND閃存也是如此，受限于目前的工藝，裝的越多，其性能越差，壽命也越差。
SLC，速度快壽命長，約10萬次擦寫壽命；MLC，速度一般壽命一般，價(jià)格一般，約3000---10000次擦寫壽命；TLC速度相對(duì)慢壽命相對(duì)短，價(jià)格便宜，約500次擦寫壽命。
來源丨見水印
在2017年的時(shí)候，主流固態(tài)硬盤都是MLC，但是其價(jià)格高昂，一塊128GB的MLC固態(tài)硬盤曾經(jīng)就需要接近300元，但是一塊1TB的機(jī)械硬盤也就300元不到。而TLC固態(tài)硬盤的壽命及其性能，對(duì)于普通用戶而言已經(jīng)足夠了。
經(jīng)過多年的發(fā)展，目前的主流固態(tài)硬盤都是TLC，這是市場選擇的結(jié)果。因?yàn)橐粔KSLC或者M(jìn)LC對(duì)于普通人而言，可以說是傳家寶，就是用十幾年都不會(huì)發(fā)生非常大的性能衰減。
對(duì)于普通用戶而言，那種標(biāo)榜7000MB/s的順序讀寫的固態(tài)硬盤基本屬于浪費(fèi)，一般人根本不會(huì)拷貝上百GB的文件，但是對(duì)于一些流媒體工作者而言，這個(gè)順序讀寫性能就顯得非常重要了，一部4K的視頻隨隨便便就可以達(dá)到上百GB。
目前而言，600元1TB，300元500GB左右是正常價(jià)格，考慮到固態(tài)的壽命和容量大小也是正相關(guān)的，所以建議選購一塊500GB左右固態(tài)硬盤，對(duì)于普通用戶而言，性能足矣。
