浅析存储介质的分类和不同硬盘的区别与联系
前段时间双十一买了块2T的移动硬盘来迁移和备份文件，
闲聊时 @提莫酱 的一句 “那为啥不买固态呢？固态不怕磕碰” 把我给整懵了，难道还有液态的？（bushi
今天就来简单谈谈常说的硬盘大概有哪些分类，以及他们究竟有什么差别，可能存在不严谨的地方，各位同仁多多指教。
存储介质
我们先说存储介质。存储介质是指用于存储数据的载体，比如软盘、光盘、DVD、硬盘、闪存、U盘、CF卡、SD卡、MMC卡、SM卡、记忆棒（Memory Stick）、xD卡等。流行的存储介质是基于闪存（Nand flash）的，比如U盘、CF卡、SD卡、SDHC卡、MMC卡、SM卡、记忆棒、xD卡等。[1] 随着信息技术的飞速发展，各种存储介质超越纸质媒介，成为了信息储存的主要载体。[2]
按照物理材料的不同，存储介质可分为四大类，分别为光学存储介质、磁性存储介质、半导体存储介质和其他存储介质。[3] 我参考知乎回答画了一张大致关系图，仅供参考：
常见的硬盘
言归正传，硬盘的大致分类和区别是什么呢？
我这里所说的硬盘不特指上方关系图中的硬磁盘（Hard Disk），而是一种泛指。
参考了两篇内容[4-5]，我同样画出了一张图，仅供参考：
移动硬盘和优盘
说完硬盘，回到文章最开头的那个小插曲，我们常说的移动硬盘究竟指的是固态硬盘还是机械硬盘呢？各种所谓的“科普文章”里，以及和别人聊天时，“硬盘”所指总是模模糊糊。
其实，上方硬盘关系图中的移动硬盘应该独立出来。因为顾名思义，移动硬盘其实就是将固态硬盘或者机械硬盘装进硬盘盒里，就成为一种可移动的、便于携带的硬盘了。所以移动硬盘既可以是机械硬盘，也可以是固态硬盘。不过市面上通常卖的大容量移动硬盘，由于价格原因内芯几乎都是机械盘。如果是移动固态硬盘，一般会特别标注出来，价格也会适当贵一些。
那U盘算移动硬盘吗，毕竟也有256G、512G甚至是1T的大容量U盘。我们拿SSD(固态硬盘)和U盘比哈，毕竟U盘不像HDD(机械硬盘)那样靠高速转动的磁盘存储。
优盘（UFD，全称USB flash disk）：是闪存的一种，故有时也称作闪盘。U盘与硬盘的最大不同是，它不需物理驱动器，即插即用，极便于携带。U盘Flash（闪存）芯片保存数据，是通过EEPROM数据存储器来实现的[7]。EEPROM (Electrically Erasable Programmable read only memory)是指带电可擦可编程只读存储器。是一种掉电后数据不丢失的存储芯片。[8]
固态硬盘（SSD）：全称Solid State Disk 或 S olid State Drive，又称固态驱动器。固态硬盘内主体的PCB板上，除了“主控芯片”和“缓存芯片”外，其余大部分位置都是NAND Flash闪存芯片[6]。
其中 FLASH 和 EEPROM 在本文上方“存储介质的关系图”中也有所展现，它们均属于半导体存储介质的一种。所以说，优盘和移动固态硬盘存储原理还是有区别的，但是很相似。
如何选择存储设备
机械和固态
这里只比较大容量的 移动机械硬盘 和 移动固态硬盘，虽然优盘更小巧便捷，但代价是基本没有前两者容量大。
| 机械硬盘(HDD) | 固态硬盘(SSD) | |
|---|---|---|
| 图片示例 |  |
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| 购买价格 | 性价比很高，容量越大，平均价格就越便宜 | 价格有点昂贵 |
| 防震抗摔 | 特别是在工作状态下，机械硬盘的磁盘盘片高速转动(这也是噪音产生的原因)，过烈震动会造成磁头剐蹭损伤，进而导致硬盘损坏。但可视盘片损坏情况通过一定技术手段扫描磁盘坏道进行数据恢复。 | 因为存储空间是由高度集成的芯片构成，不存在磁头和盘片，除非高温和短路造成损坏，因此比较抗震。 |
| 数据恢复 | 机械硬盘删除的数据文件会被硬盘标记为空，实际上删除的数据文件还存储在标记空间中，只要没有写入新的数据对其进行覆盖，就可以很轻松的对其进行数据恢复。 | 固态硬盘中有一个TRIM指令，开启后虽然可以优化固态硬盘性能，延长使用寿命。但同时删除数据就会通知固态硬盘做垃圾回收，也就是物理上数据被不可逆地擦除，那么数据就无法恢复。 |
| 使用寿命 | 减少搬运和剧烈震动，注意运行时散热，理论寿命可以达到3万小时以上(来自网络问答)，但建议使用3年左右随着性能下降，就可以及时转移备份数据，防止不必要的损失。 | 固态硬盘寿命取决于擦写次数(一般为几千甚至上万)，若闪存颗粒损坏，数据几乎无法恢复。即使可以找到损坏的闪存颗粒，然后用新的焊接，以前的数据也无法恢复。 |
| 读写速度 | 机械硬盘相对于固态来说读写速度稍慢，普通机械硬盘的机械特性严重限制了数据读取和写入的速度。 | 固态硬盘读写速度较快，和U盘都是采用闪存芯片，拥有较快的读写速度的基础。因此固态作为笔记本外接硬盘装载游戏、视频剪辑素材等是有天然优势的，装机基本首选固态硬盘。 |
垂直式和叠瓦式
这部分内容感谢 @提莫酱 老弟几天前的总结提醒
其中机械硬盘的磁记录技术最早采用 LMR（水平磁记录），因为磁性物质的密度小，单碟容量只有160G，导致硬盘容量非常有限。后来出现了 PMR（垂直式磁记录），大幅提升了磁性物质的密度，单碟容量可以达到1.5T。而PMR垂直式磁记录又进一步细分为CMR（传统磁记录）和 SMR（叠瓦式磁记录），它俩最大区别就是容量密度不同，也就是磁道间距不同。
参考了一篇文章[9]，做一下简单对比：
| CMR（传统磁记录） | SMR（叠瓦式磁记录） | |
|---|---|---|
| 图片示例 |  |
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| 说明 | 在磁道之间留出了一定的间隙，以避免不同磁道之间的数据干扰，不论写入还是读取，磁头都是从磁道上方经过，完成读写的操作。 | 由于CMR在磁道之间的安全距离让磁盘的容量有了上限，于是厂商就把磁道的距离拉近让一部分重叠起来，从而在盘片上容纳更多磁道，这就是SMR叠瓦式磁记录。 |
| 优点 | 在写入数据的时候不会出现其他多余的操作，写入速度快、硬盘寿命长 | 单碟容量更大，厂家的生产制造成本就会下降，同容量的情况下价格要比CMR硬盘便宜 |
| 缺点 | 单碟容量低，因为CMR在磁道与磁道之间留了一定间隙 | 当硬盘存放了较多的数据之后，即使是微小的数据改动，也会反复迁移扇区内的数据，这不仅会影响写入速度，同时还会加速盘片和磁头的老化，数据存放的风险也就增加了。（读取速度基本不受影响，由于SMR将磁道间的距离拉近了，磁头移动距离变短，如果是相同转数的情况下，SMR的读取速度甚至比CMR更快） |
| 适合用途 | 工作盘、游戏盘、系统盘等需要频繁擦写的操作，自然是用CMR硬盘更合适 | 影音仓储、数据归档这些连续且少量的擦写操作需求，用价格稍实惠的SMR硬盘完全没什么问题 |
叠瓦式硬盘因为写入磁头要比读取磁头的刷过面积大，就会导致写入数据时下一条磁道的数据会被擦除，需要先备份下一条磁道的数据，但是在写入下一条磁道数据时，又会擦除下下一条磁道的数据，解决办法是每隔一部分磁道设置一块安全距离，并采用大容量的缓存区来放置数据，所以一般SMR硬盘的缓存容量都比较大（通常在128M以上，基本都在256M）。
就目前来看，对于2.5英寸的机械硬盘，除了1TB以下的，西数和希捷的机械硬盘基本都是叠瓦式的，因为垂直式造价太高。
“毕竟无论是顺序读取性能还是随机读取性能，SMR都更甚一筹，并且SMR部分记录区域重叠，可以节省碟片空间，在有限的空间内放下更多数据。就像其中的一位答主所说，SMR就是趋势，你无法改变。而在这个人人都考虑性价比的年代，商家在考虑节省成本，降低售价，而用户在考虑如何可以花最少的钱更安全地储存更多的东西，所以只有考虑到这一点才能赢得机械硬盘这个市场。”[10]
参考内容：
[1] 百度百科. 存储介质. 2022-12-05.
[2] 唐迪, 魏英. 存储介质数据销毁技术研究[J]. 信息安全与技术, 2012.
[3] 存储印象. 储存介质有哪些. 知乎问答, 2022-09-23.
[4] 哈咯克里斯, 百度百科, 百科星图. 常见的计算机硬盘种类. 2022-12-05.
[5] 电脑数码网. 电脑硬盘分类？硬盘分为哪两种. 2022-08-31.
[6] 百度百科. 固态硬盘-基本机构. 2022-12-05.
[7] 百度百科. U盘-储存原理. 2022-12-05.
[8] 百度百科. EEPROM-储存原理. 2022-12-05.
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