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【电脑科普】记忆力决定电脑的超能力──储存内存

2024-11-24 238

内存,是用来存放电脑中的资料,依据使用功能可以区分成两种类型,一为系统主内存(RAM),另一为储存内存。在前一篇中已经对 RAM 的其中一个分支 DRAM 做初步的说明。

(在前一篇中有读者对于将 RAM 翻成系统主内存有质疑,笔者很清楚这两者并非是同种东西,但是现行国内消费性电子产品市场上对于主内存的标注相当混乱,想选一个比较客观的描述做代替,便以英文版 Wikipedia 上的内容做依据。然而目前英文版的内容也有所问题,无法做更正确的解释。因此,急需有力人士将内存分类做更完善的定义,供业界以及学习者参考。)

在本篇中,将进一步介绍储存内存。储存内存是用来存放电脑所有档案的地方,越大的储存空间就可以放更多资料。像对部分的男生来说,传说中的 D 槽都是以 TB 起跳的,大容量的硬盘是相当重要的。

目前,市面上有两种主流产品用做储存内存,分别为固态硬盘(SSD)以及传统硬盘(HDD)。这两者有其独特的运作方式以及优缺点,在本文中将一一介绍。

 

传统硬盘,大量资料储存的选择

硬盘(Hard Disk Drive),在大多数的笔电或桌机中皆可看到其身影。目前一般消费者可以购买到的 HDD,容量从 500GB 起跳至 6TB 为止,一颗硬盘就可以储存相当大量的资料。因此,HDD 相当适合存放大量的档案。

▲ 此图为 2.5 吋的硬盘,常用在笔电中。和 3.5 吋硬盘相比,耗电量较低。(Source:Wikipedia)

传统硬盘的运作方法是以中心的马达旋转碟片,接着磁头会在碟片上移动以便寻找资料,如下图。常见硬盘旋转的速度有每分钟 5,400、7,200 转两种,其中,5,400 转的硬盘大多为 2.5 吋的硬盘,因运转速度较慢,耗电量较低,只需用 USB 传输线供电即可。至于 7,200 转以上的硬盘则多为 3.5 吋硬盘,需额外的电源供给。

(Source:YouTube)

提升硬盘的读取效率,硬盘分区!

至此,我们已知硬盘是将资料储存于一张圆形的碟片上。然而资料究竟要如何摆放?在圆形的碟片上,资料的摆放有很多种,在这里将介绍 3 种。

  1. 类似黑胶唱片,以螺旋状的摆法,由外到内,只有单一一条路径,在读资料时,可以顺顺地从头的读到尾。但是这样的储存方式不适合硬盘这种会动态读写的运作机制。因为在动态写资料进入硬盘时,将无法迅速且准确的区分不同资料的位置。
  2. 类似 DVD,以同心圆的方式,将资料一圈又一圈的摆放,如下图。然而,缺点是最外圈单圈可储存资料量比内圈单圈还要多,不同容量的储存空间会不利于资料读写以及分类。单一化的模式较适合电脑。
  3. 将同心圆内的每圈切成多块大小相同的区间。如此,就能够将获得单一模式的区块,下图为分块的示意图,实际上的切法会有差异。

▲ 同心圆,在每一圈的间距皆相同的情况下,白色单圈的面积比红色单圈面积大。面积的大小直接影响可储存的资料量。(Source:Wikipedia)

▲ 借由将同心圆再分成多个区块,如此便可均分硬盘的容量至每一区块

传统硬盘是以机械式的转轮运转碟片,并且使用机械轴控制磁头,因此,机械马达的运作速度会影响读取资料的速度,现行 7,200 转硬盘读取资料的极限速度大致在 200MB/s 左右。此外,如果在运行的过程中,突然遇到激烈的震动,磁头有可能和碟片相撞,导致硬盘受损。于是,一种非动态且可以更高速传输的硬盘闪耀登场。

 

固态硬盘,高速传输的不二选择

固态硬盘(Solid State Disk),做为传统硬盘市场的挑战者,它不会因为运转期间的剧烈震动而导致坏损。同时,也因为不需要机械式的转轴以及读取头,资料读取的速度可以大幅提升。目前,高阶的笔记型电脑,大多采用此类的硬盘。

▲ 市面上常见的 SSD,外观和 2.5 吋的传统硬盘一样。因此,可以轻易地将笔电从传统硬盘升级成固态硬盘。

其中,固态硬盘是硬盘形式的总称。它可以再依据储存内存采用的技术分成几类。

  1. 以 DRAM 做为内存。和前一篇所述的系统内存,将 DRAM 当成只有系统可以读取不同,这边的 DRAM 是做为资料储存用。因为 DRAM 有较高的读取速度,因此部分使用者会将需要较高速执行的程式放在 DRAM 中执行,如此便能让程式运行的更快。然而,DRAM 的价格较高以及会有失去资料的风险。
  2. 以 NAND Flash 做为内部内存,是目前市面上主流的技术,此外,手机内部的储存内存也是采用此技术。在下一篇中会有更进一步的介绍。
  3. 3D Xpoint、3D V-NAND 及将来其他的技术。

总体来说,传统硬盘和固态硬盘的优缺点如下:

(首图来源:Flickr/Yutaka Tsutano CC BY 2.0)

延伸阅读:

  • 【电脑科普】内存-电脑系统的储存空间
  • 【电脑科普】CPU-电脑运作的核心
  • 【半导体科普】封装,IC 芯片的最终防护与统整
  • 【半导体科普】IC 功能的关键,复杂繁琐的芯片设计流程

 

2019-04-04 00:30:00

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