之前一直以為固態硬碟各方面都比機械硬碟性能高，所以首選固態硬碟，直到看了極客時間-深入淺出電腦組成原理中硬碟相關章節的內容，才發現固態硬碟原來是有缺點的，所以這裡來做一個總結。 機械硬碟（HDD） 機械硬碟由以下幾個部分組成： 盤面：盤面（碟片）上有一層磁性塗層，數據就是存儲在這個磁性的塗層上，一 ...
之前一直以為固態硬碟各方面都比機械硬碟性能高，所以首選固態硬碟，直到看了極客時間-深入淺出電腦組成原理中硬碟相關章節的內容，才發現固態硬碟原來是有缺點的，所以這裡來做一個總結。
機械硬碟（HDD）
機械硬碟由以下幾個部分組成：
盤面：盤面（碟片）上有一層磁性塗層，數據就是存儲在這個磁性的塗層上，一個盤面在正反兩面都有磁性塗層。盤面中央有一個可以旋轉的主軸，主軸可以使碟片以固定的旋轉速率進行旋轉，我們看到磁碟標註的每分鐘多少轉（RPM , Revolution Per Minute）指的就是這個旋轉速率，比如7200轉，表示一分鐘可以旋轉7200下：
（註：圖片來自極客時間-深入淺出電腦組成原理）
一個盤面又可以劃為多個扇區和多個磁軌。
磁軌：一個碟片可以劃分為多個同心圓，每一個圓環就叫做磁軌，可以理解為是碟片上的圓形環道：
扇區：每個磁軌又可以分為一個個扇區，也就是磁軌上的一個弧段：
柱面：上下平行的一個個盤面的相同扇區組成的部分，稱作一個柱面。
（註：圖片來自極客時間-深入淺出電腦組成原理）
磁頭：用於從盤面讀取數據傳輸到匯流排，一個盤面有正反兩面，正反兩面都會有一個磁頭。
傳動臂（懸臂）：與磁頭相連接，通過沿著半徑軸前後移動傳動臂，可以將磁頭定位到每一個磁軌上，讀取存儲的數據。
磁碟是由一個或者多個平行疊放在一起的碟片組成的，將它們封裝在一個密封的包裝內，整個裝置稱為磁碟驅動器，也就是我們常說的磁碟。
磁碟以扇區為大小進行數據讀寫，數據讀寫的耗時主要有以下幾部分：
- 尋道時間：首先傳動臂需要將磁頭定位到包含目標扇區的磁軌上，移動傳動臂所需的時間稱為尋道時間，它依賴於磁頭當前所在的位置以及傳動臂在盤面上移動的速度。
- 旋轉時間：將磁頭定位到目標扇區所在的磁軌後，需要等待目標扇區的第一個位旋轉到磁頭下，它依賴於磁碟的旋轉速率。
從數據讀取步驟當中可以看出，如果我們將數據進行順序存放，儘可能將數據放在同一個扇區或者是一個柱面，這樣只需旋轉一次盤面，進行一次尋道，即可讀取出內容，這也是順序讀寫比隨機讀寫性能高的原因。
固態硬碟（SSD）
固態硬碟是一種基於快閃記憶體的存儲技術，由半導體存儲器構成，沒有移動的部件，不需要像機械硬碟一樣進行尋道，所以在順序寫以及隨機寫的性能上相比機械硬碟都要高，但是它的耐用性缺比較差，接下來就看下SSD硬碟的耐用性為何差。
固態硬碟是有多個裸片疊在一起的：
（註：圖片來自極客時間-深入淺出電腦組成原理）
一張裸片上可以放多個平面（Plane），一個平面上又會劃分為多個塊（Block），一個塊的大小通常在幾百KB到幾MB，一個塊里會劃分為多個頁（Page），一個頁的大小通常是4KB：
（註：圖片來自極客時間-深入淺出電腦組成原理）
SSD硬碟寫入的基本單位為頁，按頁進行數據寫入，但是它不能像機械硬碟一樣直接通過覆蓋進行寫入，如果某一頁已經寫入過數據，需要被擦除後才可以重新寫入數據，而且SSD硬碟是按塊進行擦除的，也就是說如果某個頁的數據被刪掉還不能直接對頁進行擦除，需要等待這個頁所在的塊整個被擦除才可以重新寫入數據，而每一個塊的擦除次數是有限的，當達到一定的擦除次數容易損壞。
舉個例子
假設白色代表這個頁未寫入過數據，綠色代表這個頁寫入了有效數據，紅色代表之前寫入了有效數據後來數據被刪除：
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首先在某些空白頁內寫入了一些數據，寫入數據的頁變為綠色：
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刪除一部分數據，由於SSD需要按塊擦除，所以某個塊內的頁如果既有有效數據又有刪除數據，被刪除的那部分數據會先標記為刪除狀態此時數據並未真正刪除：
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當某個塊內的所有頁都被標記為已刪除，此時這個塊就可以被擦除，這個塊內的頁就恢覆成了白色：
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假如刪除的數據不連續，分散在各個塊內，由於紅色的頁在被擦除之前不能寫入數據，所以這些紅色的頁看起來類似磁碟碎片，既不能清理又不能寫入數據，到達一定程度時可能沒有合適的空白頁進行數據寫入，所以這時候需要做一次類似於磁碟碎片整理的工作，找一個紅色頁最多的塊，將裡面綠色頁的數據移動到另外一個塊中，然後將整個紅色頁所在的塊進行擦除：
總結
機械硬碟可能更適合於寫多（順序寫）讀少的場景，固態硬碟更適合於讀多寫少的場景，不過也不能一概而論，最終還是要根據實際的應用場景來定。
參考
《深入理解電腦系統》
