什么是硬盘驱动器 (HDD)?

2025 年 5 月 13 日 | 阅读 11 分钟

HDD 是一种机电存储设备,是硬盘驱动器的缩写。它使用磁存储来存储和检索数字数据。它是一种非易失性存储设备。

硬盘驱动器内部安装在我们的计算机系统中,直接连接到主板的磁盘控制器。硬盘驱动器是一种存储设备,用于存储操作系统 (OS)、已安装的软件以及其他计算机文件。

What is a Hard Disk Drive (HDD)

HDD 意味着当我们的计算机系统关闭时数据仍会保留。HDD 也称为固定磁盘、硬盘或硬盘驱动器。HDD 于 1956 年由 IBM 推出。

第一台个人电脑包含一个小于 1 兆字节的硬盘,而现代电脑包含一个 1 太字节的硬盘。带有外置硬盘的台式电脑用于备份或额外存储。

计算机为什么需要硬盘?

硬盘和其他存储设备在计算机系统中非常重要,以便安装操作系统程序和保存文档。它们也是安装其他存储设备所必需的。

如果没有像 HDD 这样的设备在系统关闭后存储数据,计算机用户将无法在他们的计算机上存储程序、文件或文档。因此,每台计算机都必须至少有一个存储设备,以便在需要时保存数据。

HDD 的目的是长期存储。另一方面,RAM(随机存取存储器)仅保存可立即使用的数据,直到计算机关闭或重新启动。RAM 本质上是易失性存储器。某些文件类型,如音乐、图像或电影,旨在长期存储,因此需要存储设备。

硬盘如何工作?

HDD(硬盘驱动器)由一个包含数据存储区的盘片组成,用于存储信息。这些数据指的是您的程序、操作系统以及您创建的任何文件。还存在一个读写臂,它在盘片上移动以读取或写入所需信息。当执行器臂经过盘片时,盘片旋转以提高此过程的速度。

硬盘的数据存储空间可以分散。数据并非按顺序存储。执行器臂可以借助索引系统定位所有相关数据。

由于盘片和执行器臂的脆弱性,已在它们上方放置了一个钢壳。通过这样做,磁盘在典型条件下免受损坏。

什么是外置硬盘?

一种单独的设备,称为外置存储盘,通常通过 USB 端口USB-C外置 SATA 连接到计算机系统。尽管外置硬盘不能完全取代内置硬盘的需求,但它为您提供了更多存储空间,用于备份文件、照片、音乐和其他媒体。

此外,外置硬盘也便于携带,可以在电脑之间移动。这将使您更轻松地交换照片等物品。此外,用户可以随身携带存储在多个设备上的数据,无论他们走到哪里。

此外,与内置 HDD 相比,外置硬盘传输数据可能会更慢。

硬盘驱动器存储容量

最常见的存储驱动器容量如下

  • 16 GB、32 GB 和 64 GB: 此范围常见于较旧和较小的设备,属于 HDD 存储容量的最低范围。
  • 120 GB 和 256 GB: 通常,此价格范围被认为是笔记本电脑或计算机等 HDD 产品的入门级。
  • 500 GB、1 TB 和 2 TB: 500 GB 或更多的 HDD 存储通常被认为足以满足普通用户。有了如此大的存储容量,用户可以存储他们的所有视频、音乐、图片和其他文件。对于占用大量空间的PC游戏玩家来说,1 TB 到 2 TB 的 HDD 容量应该被认为是足够的。
  • 超过 2 TB: 处理高分辨率文件、需要存储大量数据或希望将该空间用于备份和冗余的用户应使用容量超过 2 TB 的 HDD。

在现代,可用的最大 HDD 容量为 20 TB。文件系统结构、操作系统和一些数据冗余进程会占用 HDD 的一部分空间。因此,它实际的可用空间少于承诺的空间。

硬盘组件和尺寸规格

执行器、磁盘盘片、主轴、执行器臂和读/写磁头都是硬盘驱动器的组成部分。尽管该术语可以指整个设备,但“硬盘”一词指的是磁盘堆栈,即 HDD 的部分,它在电磁充电表面上保存和提供数据。

数据存储设备的物理尺寸或几何形状称为 HDD 尺寸规格。HDD 尺寸规格必须符合一系列行业标准,这些标准规定了其长度、高度和宽度以及主机接口连接器的放置位置和方式。拥有行业标准尺寸规格可以确定与不同计算设备的常见兼容性。

企业计算机系统最常使用 2.5 英寸和 3.5 英寸尺寸规格的 HDD。2.5 英寸和 3.5 英寸尺寸规格也称为小尺寸规格 (SFF) 和大尺寸规格。

尽管存在其他尺寸规格,但制造商在 2009 年停止生产 1.3 英寸、1 英寸和 0.85 英寸尺寸规格的产品。由于闪存价格下降,这些其他尺寸规格几乎被淘汰。值得注意的是,尽管实际尺寸以毫米为单位,但标称尺寸以英寸为单位。

此外,许多 SSD 都是为 HDD 尺寸规格制造的。为了向主机计算机系统传输数据,使用与 HDD 相同插槽的 SSD 通常使用 SATA 或串行连接 SCSI (SAS) 接口。

常见的硬盘错误

硬盘故障有许多不同的原因。然而,故障通常属于以下六大类之一

  • 电气故障: 例如,当电涌损坏硬盘中的电路时,可能会发生电气故障,导致读/写磁头或电路板故障。当硬盘打开但无法读取、写入或启动时,其一个或多个组件可能发生了电气故障。
  • 机械故障: 磨损以及硬性冲击(例如硬性跌落)可能导致机械故障。除其他外,这可能导致读/写驱动器磁头撞击旋转盘片,从而导致不可逆转的物理损坏。
  • 逻辑故障: 当硬盘上的软件损坏或停止正常运行时,就会发生逻辑故障。逻辑故障可能由各种类型的数据损坏引起。这包括意外删除对硬盘操作至关重要的文件或损坏的文件、恶意软件、病毒、不正确地关闭程序或关闭计算机。
  • 坏扇区故障: 当硬盘旋转盘片上的磁性介质未对齐时,盘片的特定区域可能变得不可用,导致坏扇区故障。坏扇区通常是有限且常见的。然而,随着时间的推移,坏扇区的数量可能会增加;最终,它们可能导致系统崩溃、文件无法访问或硬盘挂起或运行缓慢。
  • 固件故障: 当维护驱动器并允许硬盘与计算机通信的程序损坏或停止正常运行时,就会发生固件故障。这种故障可能导致计算机错误识别或无法识别连接到它的硬盘,或者导致硬盘在启动时冻结。
  • 多个未知故障: 随着时间的推移,也可能出现多个未知故障。例如,电气问题可能引发机械问题,例如读/写磁头崩溃。它还可能导致逻辑故障,从而导致硬盘盘片出现多个坏扇区。

HDD 的历史和技术演进

以下是硬盘驱动器发展历史中的几个重要节点

1953年:最初的硬盘驱动器由IBM工程师设计,旨在提供廉价、随机访问的大容量数据。最早的磁盘驱动器于1956年问世。第一批磁盘驱动器大小像冰箱,数据存储容量为3.75 MB。

1980年代:在现代,随着技术的发展,硬盘驱动器的尺寸规格缩小。2.5英寸和3.5英寸尺寸规格于1980年代中期首次用于个人电脑。自这项技术诞生以来,硬盘驱动器的密度不断增加。现代硬盘驱动器的存储容量在TB级别,但最初的硬盘驱动器只能容纳GB级别的数据。

2007年:2007年,日立环球存储技术公司(HGST,现为西部数据商标)推出了第一款1 TB硬盘驱动器。

2012年:2012年,HGST推出了第一款充氦硬盘驱动器。与传统硬盘驱动器相比,氦气更轻、更凉、密度低于空气。它还降低了功耗,提高了驱动器密度,并增强了性能。

2013年:希捷技术公司宣布推出一款使用叠瓦式磁记录技术的硬盘。借助在每个磁盘上堆叠磁道而不是将它们平行排列,SMR 提高了 HDD 中的存储密度。它被称为叠瓦式,因为磁道像屋顶上的瓦片一样重叠。

2015年:在这一年,HGST 宣布推出第一款 10 TB 硬盘驱动器。

2018年:西部数据发布了Purple 12TB,它采用AllFrame AI驱动技术,适用于安全和监控系统。

2021年:在这一年,西部数据推出了两款 20 TB HDD,分别是 Ultrastar DC HC560 和 WD Gold HDD 企业级 SATA HDD。Ultrastar DC HC560 旨在连接网络附加存储设备、安全系统、商用服务器和云存储提供商。WD Gold HDD 的目标市场是处理高应用程序工作负载的企业公司。

2025年:希捷发布了 Exos 系列 HDD,可存储 36 TB 数据。

HDD 和 SSD 的区别

HDDSSD
1. HDD 是硬盘驱动器的缩写。1. SSD 是固态硬盘的缩写。
2. HDD 读写数据的时间更长。2. SSD 读写数据的时间更短。
3. HDD 的延迟更高。3. SSD 的延迟更低。
4. 而硬盘驱动器支持的操作较少。4. 固态硬盘支持每秒更多的输入/输出操作。
5. HDD 重量较重。5. 由于 SSD 没有旋转盘片和电机,这些存储设备的重量较轻。
6. 在 HDD 中,数据传输是顺序的。6. 在 SSD 中,数据传输不是顺序的。
7. 由于机械运动,HDD 会产生噪音。7. 此存储设备不产生噪音。
8. HDD 设备尺寸较大。8. SSD 尺寸更紧凑。
9. 硬盘驱动器设备更便宜。9. 与硬盘驱动器相比,固态硬盘更昂贵。
10. 在 HDD 中,磁铁可以移除数据。10. SSD 不受磁效应的影响。
11. HDD 设备由于机械部件产生更多热量。11. SSD 产生少量热量,因为它不包含移动部件。
12. HDD 需要更多电源来保持所有部件移动。12. 它比 HDD 消耗更少的功率。
13. 操作系统的平均启动时间为 30 到 40 秒。13. 操作系统的平均启动时间为 10 到 13 秒。
14. HDD 的文件打开速度稍慢。14. SSD 的文件打开速度比 HDD 快 30%。
15. 由于盘片旋转可能导致振动。15. 由于没有移动部件,因此没有振动。

硬盘驱动器 (HDD) 的优点

以下是硬盘驱动器的优点

  • 硬盘驱动器的一个显著优点是成本低。
  • 硬盘驱动器的另一个优点是它在市场上很容易买到。
  • 硬盘驱动器比光盘快。
  • HDD 的数据存储容量大。

硬盘驱动器 (HDD) 的缺点

以下是硬盘驱动器的缺点或局限性

  • HDD 的读写速度比 RAM 慢。
  • HDD 有噪音。
  • HDD 的另一个缺点是能源效率低下。
  • HDD 消耗更多电量。
  • HDD 的尺寸规格比 SSD 重。

如何提高硬盘驱动器性能

HDD 的性能可以通过遵循以下许多最佳实践来提高,这些实践如下

频繁清理:如果删除临时文件、垃圾数据以及过时或不必要的软件,内存使用量将减少。这是增加驱动器空间和提高效率的标准程序。通常由第三方软件或内置清理程序(如 Windows)处理。

写入缓存:启用写入缓存功能后,数据会快速写入并存储在缓存中,而不是 HDD 中。鉴于缓存容易在技术故障期间丢失数据,这适用于短期数据使用。为了延长 HDD 的寿命,写入缓存还最大程度地减少了必须执行的操作次数。

碎片整理:此方法重新排列记录的数据,使其以顺序块存储,可与内置功能或碎片整理软件和工具一起使用。因此,HDD 可以更快、更轻松地访问数据。

性能监控:改善驱动器性能的主动方法是监控 HDD 的性能并扫描可能损坏或擦除数据的缺陷。

例行升级:有多种方法可以解决 HDD 性能缓慢的问题,例如定期更新软件,检查 HDD 制造商的网站以获取固件升级,或者只是用新驱动器替换旧驱动器。

结论

硬盘驱动器 (HDD) 是一种可靠且经济高效的存储选项,特别适用于速度不是最优先考虑的大数据存储。尽管它们比固态硬盘 (SSD) 慢且更脆弱,但 HDD 因其高容量和经济性而仍然被广泛使用。它们非常适合具有中等性能要求的通用应用程序,例如备份和存档。