更新时间：2023-05-01 09:32
电脑HDD又名温切斯特硬盘，是指电脑中存储信息的设备之一，电脑中几乎所有的信息和资料都存储在硬盘中。
世界上第一块硬盘名为“350RAMAC”，是IBM公司在1956年发明的，十多年后，IBM重新提出“温彻斯特”（Winchester）技术的可行性，奠定了硬盘发展方向。20世纪80年代，IBM对硬盘发展作出了又一重大贡献，即发明了MR(磁力发电机 Resistive)磁阻，这种磁头在读取数据时，对信号变化相当敏感，使得盘片的存储密度能够比以往20MB每英寸提高数十倍。随着HDD的外形尺寸不断减小。到 20世纪80年代中期，市面上出现了3.5英寸和2.5英寸外形尺寸，并成为个人电脑的标准硬盘尺寸。21世纪以来，机械硬盘的容量和性能呈指数级增长。如今，消费级机械硬盘可提供TB级的存储空间，而企业级机械硬盘则可将容量提升到超过10TB。不仅如此，速度和耐用性更强的固态硬盘给机械硬盘带来挑战，而且电脑硬盘的技术仍在快速更新。
根据数据的存储介质，电脑硬盘可划分为机械硬盘（Hard Disk Drive，HDD）、固态硬盘（Solid State Disk，SSD）和混合HDD（Hybrid Harddrive，HHD）、基于3D XPoint介质的新型存储技术英特尔 Optane SSD。随着NAND闪存技术的不断发展，凭借性能、体积、噪音、震动等方面优势，基于NAND闪存的SSD已然成为市场的新宠儿。
1956年，IBM公司发明了世界上第一块硬盘：350RAMAC，至今已有半个多世纪的历史。盘片直径为24英寸，盘片数为50片，重量则是上百公斤，储存容量为5MB。350RAMAC是世界上第一块硬盘的里程碑之一。尽管它在现代标准下的存储容量和性能相对较低，但它开创了计算机存储设备的先河。
1968年，IBM重新提出“温彻斯特”（Winchester）技术的可行性，奠定了硬盘发展方向。1970年，StorageTek公司(Sun StorageTek)开发了第一个固态硬盘驱动器。1973年，IBM公司利用“温切斯特/Winchester”技术研制成功了一种新型的硬盘：IBM 3340。这种硬盘拥有几个同轴的涂着磁性材料的金属盘片，与能够移动的磁头共同密封在一个盒子里面，磁头从旋转的盘片上读出磁信号的变化。1979年，IBM公司再次发明了薄膜磁头技术，为进一步减小HDD体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。
20世纪80年代末期，IBM对硬盘发展作出了又一重大贡献，即发明了MR(Magneto Resistive)磁阻，这种磁头在滨取数据时对信号变化相当敏感， 使得盘片的存储密度能够比以往20MB每英寸提高数十倍。 1980年，IBM推出第一款GB级容量硬盘：IBM 3380，容量达2.5GB，重量超过500磅；同年，两位前IBM员工创立的公司（希捷(SEAGATE)公司）开发推出第一款家用硬盘：ST-506，硬盘初始容量为5MB。随着硬盘迅猛发展，1989年，世界上第一款固态硬盘出现。1991年，硬盘技术取得巨大突破，IBM公司推出MR(Magneto Resistive磁阻)技术，并应用该技术推出首款3.5英寸的1GB硬盘0663-E12。
1997年，划时代技术“GMR巨磁阻效应磁头”诞生。2007年，垂直存储技术出现，日立制作所推出第一款突破TB级容量的HDD。同年6月，东芝推出其第一款120GB固态硬盘笔记本电脑。2008年9月，忆正MemoRight SSD正式发布。次年，SSD井喷式发展，各大厂商蜂拥而来，存储虚拟化正式走入新阶段。SSD（固态硬盘）的技术优势在于SSD采用闪存芯片作为存储介质，相比传统硬盘，具有更高的速度、抗震性能好和零噪音等技术优势。早在 1989 年世界上就出现了第一款SATA SSD，但是由于技术的局限性以及开发成本等问 题，使得固态硬盘的发展很缓慢，一直到了 2009 年技术成熟之后，固态硬盘才迎来了爆发式。2010年2月，镁光发布了全球首款SATA 6Gbps接口固态硬盘，突破了SATA Ⅱ接口300MB/s的读写速度。同年底，瑞耐斯Renice推出全球第一款高性能msata固态硬盘并获取专利权。2012年，苹果公司在笔记本电脑上应用容量为512G的固态硬盘。同年7月 ，Goldendisk 深圳云存科技推出全球第一款体积最小的CFastSATA SSD。但2012年开始，各大厂商转战SSD市场，机械硬盘技术的发展几乎停滞。
之前机械硬盘厂商对于SSD不太感冒，不管是希捷还是西数，布局SSD的脚步一直缓慢，只是通过收购和小投资进行试水，而且仅局限在企业领域。但2013年上半年，消费级SSD市场迎来了机械硬盘巨头希捷。希捷正式推出了600系列SSD，采用Link-a-Media LM87800主控及东芝19nm MLC闪存，性能表现突出。2014年三星电子发布了普通消费者版1TB SATA SSD 850 PRO，这是三星首次采用3D V-NAND技术制造普通消费者版SSD。2016年固态硬盘3D NAND闪存颗粒技术的提高，使其成本降低。到了2018年，由NimbusData推出的ExaDrive DC100 SSD具备了正如其名的惊人容量，这个100不是代表100GB，而是100TB。在2019年的FMS闪存峰会上东芝还提出了比M.2 2230更小的XFMEXPRESS，以内存卡的大小提供NVMe固态硬盘的效能，未来可被应用在超极本或二合一笔记本电脑当中。而在2023年发布的最新型nano SSD PCIe 4TE3 固态硬盘，采用 PCIe 4.0 x 4 接口，容量在 128 GB 到1 TB之间，传输速度可达3.6 GB/s，写入速度可达3.2 GB/s。
机械硬盘又称为硬盘驱动器（HDD）是一种用于存储数据的设备，主要用于笔记本电脑和台式计算机。它是一种非易失性存储设备，可以在没有电源的情况下保留数据。操作系统通过指示硬盘驱动器读取和写入数据来管理它。硬盘驱动器的工作原理是利用读/写头将数据存储在盘片上的扇区中，通过磁场的变化来表示数据的1和0。随着技术的进步，硬盘驱动器的容量逐渐增加，性能也有所提升。它具有较长的数据存储寿命和可靠性，并且相对便宜，但与其他存储设备相比，启动时间较慢。同时，机械硬盘也可以作为备份设备使用，并且可以将其连接到其他设备进行数据传输。外部硬盘驱动器具有便携性，而内部硬盘驱动器在不同设备之间移动时可能需要更多的注意。总的来说，硬盘驱动器是一种传统而可靠的数据存储解决方案。
机械硬盘主要由磁盘盘片、磁头、主轴与传动轴等组成，数据存放于磁盘盘片中。机械硬盘是最早出现的硬盘，它的主要特点是采用机械结构，通过磁头和盘片进行数据的读写。机械硬盘的优点是容量大、价格低、稳定性好，但缺点是速度慢、噪音大、耗电多、易受损。机械硬盘主要有IDE接口、SATA接口和SCSI 接口，其中SATA接口应用范围更广，传输速度更快，兼容性更好。目前已经是 SATA 三代，理论传输速度达到 600MB/s（此速度为理论平均值）。
固态硬盘使用电子储存芯片作为储存单元，储存形式为半导体储存，主要又分为DRAM（易失性存储器）和Flash闪存（非易失性存储器），没有机械部件，因此速度快、噪音小、耗电少、抗震性强。固态硬盘的缺点是容量小、价格高。固态硬盘主要就是SATA、mSATA、M.2、SATA Express、PCI-E及U.2等，其中M.2接口是比较高端的接口，传输速度更快，但需要主板支持。目前已有一种M .3固态硬盘接口的转换装置，并且于2022年12月2号申请了发明专利。
SSD，即固态存储盘，按存储介质分为两种类型。第一种是采用Flash Memory芯片作为存储介质的SSD（通常所说的固态硬盘）。它外观多样，如笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、U盘等。这种固态存储器的优点包括可移动性、数据保护不受电源控制、适应各种环境等，但使用年限相对较短，更适合个人用户使用。由于没有机械结构，没有查找时间、延迟时间和寻道时间的问题。第二种是基于DRAM（动态随机存储器）的SSD。它采用DRAM作为存储介质，但目前应用范围较窄。它的设计仿效传统硬盘，并可由大部分操作系统的文件系统工具进行管理和设置，使用PCI和FC接口连接主机或服务器。它是一种高性能的存储器，使用寿命较长，但需要独立供电以保护数据安全。与传统硬盘相比，采用Flash Memory的SSD固态存储盘具有数据存取速度快、耐用防震、无噪音、轻便等优点。然而，目前SSD的高价格限制了其在大范围内的普及。在专业市场，固态硬盘已经广泛应用。随着技术成熟和成本降低，预计SSD固态硬盘将逐渐普及。
SSD又可以分为内部和外部两种类型。内部SSD安装在计算机内部，而外部SSD类似于外部硬盘驱动器，通常通过USB 3.0端口连接。SSD是一种使用集成电路而不是机械部件进行存储的存储设备，因此体积小且无噪音。例如，一些苹果公司产品（如MacBook）采用SSD作为硬盘驱动器，以实现更薄的外形。
固态硬盘可按数据传输协议分类，常见的包括SATA、PCIe（或PCI Express）和NVMe。非易失性存储器高速（NVMe）是一种用于访问计算机非易失性存储介质的逻辑设备接口协议。NVMe是SSD驱动器使用的标准规范，因此每个制造商都没有独特的设备驱动程序。NVMe SSD利用外围组件互连高速（如PCIe或PCI Express）来处理操作系统和SSD之间的多个请求。PCIe是常见的主板高速连接接口。
固态硬盘（SSD）的存储形式和类型：
存储形式：SSD使用半导体储存作为存储单元，主要分为DRAM和Flash闪存两种类型。
Flash闪存：根据闪存的种类，又可分为NOR闪存和NAND闪存。目前较新的NAND闪存是主流，具有改写速度快、成本低等优点，被广泛应用在固态硬盘中。
NAND闪存类型：根据闪存中电子密度的不同，闪存颗粒的类型包括SLC（单层单元）、MLC（双层单元）、TLC（三层单元）和QLC（四层单元）。它们的可写入次数和成本有很大差异，SLC的可写入次数最高，性能和价格也最好，依次递减，QLC的可写入次数最低，性能和价格较低。
机械硬盘在停止工作时，磁头会轻轻地放在位于盘片中央的起停区，这个区域不存储数据。当需要读写数据时，硬盘启动，盘片开始旋转，当转速达到一定速度时，磁头会被气流轻轻吹起。然后，磁头借助传动装置在盘片上径向移动一小段距离，以寻找并读写数据。为了避免擦伤盘面，磁头与高速旋转的盘片保持了一个极小的间隙。磁头按照柱面的顺序读写硬盘上的数据，也就是说，磁头在读写完一个磁道的数据后，并不直接移向下一个磁道，而是切换到下一个磁头，继续读写同一磁道上下一个盘面的数据。
固态HDD（ssd）通过使用电子电路来存储和检索数据。它们使用非易失性 NAND 闪存存储数据，而不是传统硬盘的旋转磁盘和机械读写头。SSD将数据存储在称为块的单元中，每个块只能完全写入一次。为了保持顺序数据在一起并缩短响应时间，需要完全擦除块并在不同的块上重写数据。然而，这些块具有有限的耐久性，会在擦除过程中逐渐损坏。因此，大多数 SSD 都采用磨损均衡技术，以均匀分布磨损并延长设备的寿命。SSD中的闪存电路由非易失性 NAND 晶体管组成，数据以电荷的形式存储在硅存储芯片上。这些芯片通常堆叠在一起形成3D NAND结构，以增加存储容量。存储单元的类型也有所不同，从最耐用但成本最高的单层单元（SLC），到多级单元（MLC）、三级单元（TLC）和四级单元（QLC）。控制器是SSD的核心部件，负责管理所有闪存单元。它们接收并执行对存储的访问和操作请求，并负责均衡数据分发和垃圾收集等管理任务。此外，SSD通常具有CPU缓存功能，类似于RAM，以提供更快的响应时间。它们会缓存常用的数据，以便更快地响应读取请求。与从传统机械硬盘（HDD）的缓存中获取热门数据相比，SSD的响应时间更快。
HDD是计算机采用“温彻斯特”技术用于存储数据的外部存储器，即“密封、固定并高速旋转的磁盘片以及径向移动的磁头”。
硬盘的结构包括硬盘本身、硬盘支架和机壳。硬盘通过硬盘支架上的销钉与硬盘上的安装孔相配合，使硬盘固定在硬盘支架中。然后，通过硬盘支架上的凸扣与机壳上的导槽以及硬盘支架上的卡扣与机壳上的卡钩的配合，将硬盘支架安装到机壳上。硬盘按盘片的大小分为 3.5in、5in 和微型等。外部形状大同小异。HDD的磁头、盘片及运行机构被密封在一个铁壳中，铁壳上有硬盘的品牌、型号、容量、产地等标志。硬盘的控制电路板则半内嵌于硬盘的底部，以利散热。电路板上有各种控制芯片及缓存。由于电路板半裸露于外部，易受灰尘区静电的伤害。为了防止这种损坏，避免硬盘数据丢失，生产硬盘的厂商都给硬盘加上了“防灰、防静电”装置。
由盘片、读写磁头、主轴电机、寻道机构组成。
盘片（存储介质）：硬盘由多个盘片组成，每个盘片有上下两个面。每个面都有一个磁头用于读写数据，因此盘面又叫磁头号。每个盘面都以转轴为中心划分出若干个半径不等的同心圆，叫做磁道。相同直径的磁道在垂直方向上构成柱面。每个磁道又被划分为若干个夹角相等的弧段，叫做扇区，是硬盘存取数据的最基本单位。盘片是硬盘中数据存储的主要部分，通过磁头在盘片的磁道和扇区上进行读写操作。
磁头（读写介质）：磁头是用于读写数据的关键组件，常见的磁头有MR磁头和CMR磁头，通过改变阻值来感应信号的幅度，实现对硬盘中数据的读写。
主轴电机（驱动装置）：由锭子、插增和电路板组成，其中电路板包括主轴驱动电路、磁头驱动电路和磁头读写电路。
寻道机构：由磁头和磁头传动装置组成，传动装置使磁头在磁盘上作径向移动，以准确读取数据。
固态硬盘的结构不同于传统机械硬盘，其内部主要由 PCB 板、控制单元、闪存颗粒和高速缓存组成。
数据接口：连接SSD与计算机系统的通信接口。常见的接口类型包括SATA（Serial ATA）、PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）等。
外壳：SSD的外部保护壳体，提供保护和固定内部组件的功能。
控制器：负责管理整个固态HDD的操作和数据传输。控制器通常由一个主控芯片和相关的固件组成。
控制器：是存储数据的核心部件。SSD使用闪存芯片作为存储介质，其中包括NAND闪存或3D NAND闪存。根据容量和性能需求，可能会使用多个芯片组成存储单元。
缓存：用于加快读写速度的临时存储区域。通常使用DRAM（动态随机访问存储器）作为缓存，也可以使用闪存芯片的一部分作为缓存存储。
PCB：主要是一个电路板，上面连接着控制器、存储芯片、缓存和数据接口等组件。
一个完整的HDD可以划分为多个分区，每个分区都可以支持一个操作系统。每个操作系统在硬盘上建立自己专用的分区，并且只能在该分区上进行操作。分区可以使用实用程序（如fdisk）进行创建和管理，然后再进行高级格式化，dos 分区格式化后的硬盘应包括五部分：MBR、 OBR、FAT、DIR 区和 数据 区。
主引导记录区
MBR位于硬盘的0磁道0柱面0扇区，包含硬盘的引导程序和分区表。引导程序负责检查分区表的正确性，并确定哪个分区是可引导的，然后将控制权交给该分区的引导程序。分区表记录了HDD上的所有分区的信息。
操作系统引导扇区
OBR即操作系统引导扇区，通常位于硬盘的0柱面1磁头1扇区(这是对于DOS来说的，对于那些以多重引导方式启动的系统则位于相应的主分区/扩展分区的第一个扇区），是操作系统可直接访问的第一个扇区，它也包括一个引导程序和一个被称为BPB的本分区参数记录表。
硬盘存储文件分配表
FAT(fiIe allocation table)即文件分配表，是DOS/Win9x系统的文件寻址系统，FAT一般做两个，第二个FAT为第一个 FAT的备份，FAT紧接在OBR之后其大小由本分区的大小及文件分配单元的大小决定。
HDD存储目录区
DIR是Directory即(根目录区)的简写，DIR紧接在第二FAT表之后，只有FAT还不能定位文件在磁盘中的位置，FAT还必须和DIR配合才能准确定位文件的位置。DIR记录着每个文件(目录)的起始单元(这是最重要的)、文件的属性等定位文件位置时，操作系统根据DIR中的起始单元，结合FAT表就可以知道文件在硬盘的具体位置及大小了。
硬盘存储数据区
硬盘存储数据(数据)区虽然占据了HDD的绝大部分空间，但没有了前面的各部分，对它也只能是一些枯燥的二进制代码。在这里有一点要说明的是，通常所说的格式化程序(指高级格式化，例如DOS下的Format程序)，并没有把DATA区的数据清除，只是重写了FAT表而已，至于分区硬盘，也只是修改了MBR和OBR，绝大部分DATA区的数据并没有被改变，这也是许多硬盘数据能够得以修复的原因。
容量
容量指电脑的数据存储能力，是硬盘重要技术参数之一，单位为兆字节（MB）或千兆字节（GB）。主流硬盘容量为500G～2TB，影响HDD容量的因素有单碟容量和碟片数量。由于单位转换关系不同，导致计算机中显示出来的容量往往比硬盘容量的标称值要小。
转速
指硬盘内部盘片的旋转速度，用每分钟的转数（RPM）来衡量。硬盘转速越快，读写数据的时间就越短，硬盘的性能就越好。ATA(IDE)硬盘的主轴转速一般为5400～7200rpm，而scsi硬盘的主轴转速可达15000rpm。
传输率
最大内部数据传输率，也叫持续数据传输率 (suslained transfer rate)单位MB／s,指磁头至HDDCPU缓存间的最大数据传输率，一般取决于硬盘的盘片转速和盘片数据线密度(指同一磁道上的数据间隔度)。注意，在这项指标中常常使用MB／s或MBps为单位，如果需要转换成MB／s(兆字节，秒)，就必须将MBps数据除以8。外部数据传输率，或称突发数据传输率，指从硬盘缓冲区渎取数据的速率，单位为MB／s。
缓存
是硬盘控制器上的一块内存芯片（常用 DRAM材料）。它具有极快的存取速度，对于硬盘的内部数据传输速度和外界设备的传输速度的差异，它起到了一个很好的缓冲作用，从而大大减少CPU访问硬盘时的等待时间。HDD的高速缓存一般为2MB和8MB，甚至达到了16MB、64MB。
访问时间
包含平均寻道时间和平均访问时间。其中，平均寻道时间是硬盘磁义移动到数据所在磁道时所用的时间，单位为毫秒(ms)。平均寻道时间越小的越好。平均访问时间是磁头找到指定数据的平均时间，单位为毫秒。通常是平均寻道时间和平均潜伏时间之和。
表面温度
硬盘工作时产生的温度使硬盘密封壳温度上升情况。该项指标厂家并不提供，一般只能在各种媒体的测试数据中看到。硬盘工作时产生的温度过高将影响薄膜式磁头 (包括MR磁头)的数据读取灵敏度,因此硬盘工作表面温度较低的 HDD有更好的数据渎写稳定性。
连续无故障时间
硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时。一般硬盘的MTBF至少在30000或40000小时。该项指标在硬盘技术特性表中并不提供，需要时可专门上网到具体生产该款硬盘的公司网址中查询。
机械硬盘和固态硬盘在容量、性能、寿命、价格等多个方面均存在区别，具体如下：
容量
SSD的存储容量通常比HDD小，但随着技术发展，SSD的容量正在不断增加。HDD目前可达到20TB的商业出货量，而SSD最大约为8TB。
性能
固态硬盘的功耗较低，特别是在运行时相比机械硬盘更加节能。这对于手持移动设备和大量硬盘的服务器来说是一个重要考虑因素。SSD的读写速度远高于HDD，可以实现更快的启动和应用程序加载速度，同时文件传输和复制速度也更快。尤其是在随机读取小块数据的场景下表现更好。
寿命/耐用性
HDD在长期存储方面更可靠，而SSD在数据泄漏和TBW方面存在一定问题。当SSD接近其写入的最大TB时，其寿命会下降，直到无法使用。机械硬盘的寿命主要受到机械结构的磨损影响，而固态硬盘的寿命与写入量有关。固态硬盘的写入次数受限于闪存颗粒类型，但是采用合理的写入算法和高级主控单元可以延长固态硬盘的使用寿命。
可移植性
SSD的外部版本更便携，特别适用于需要快速传输大量数据的场景。虽然外部HDD也可移动，但更适用于长期存储。
价格
对于小容量驱动器和常用数据，SSD提供了良好的性价比。随着容量增加，HDD具有更大的优势。目前来看，SSD的价格相对较高。目前固态硬盘的价格是机械硬盘的几倍到十倍不等，但随着生产规模的扩大，固态硬盘的价格还有进一步降低的空间。
用途
SSD主要用于快速数据检索和常规使用，适合笔记本电脑和台式机。而在需要长期存储或快速传输大文件时，HDD更适合。
机械硬盘有较高的数据恢复能力，只要盘片未损坏且数据未被覆盖，往往可以通过软件或专业技术手段恢复数据。而固态硬盘的数据恢复难度较高，特别是硬件故障时很难恢复数据。
抗震能力
机械硬盘由于其复杂的机械结构，抗震能力较差，容易因震动而损坏。而固态HDD没有机械结构，更适合手持移动设备，并且能够抵抗常规震动、冲击和碰撞。
据统计数据显示2015年至2021年全球硬盘和固态硬盘（HDD和SSD）的发货数量变化情况。据估计，硬盘出货量将下降，2017年出货量降至3.95亿台。同年，固态硬盘出货量预计将增至1.9亿台。根据专业统计网站给出的最新统计，2023年的第一季度，全球机械硬盘行业继续遭遇寒冬，销量持续暴跌。以威腾电子、希捷和东芝三大机械硬盘厂商为例，出货量大约在3350万-3490万块之间，相比较去年同期暴跌了34%左右，环比也下跌了4-7%。而在固态硬盘方面，希捷今年第二季度出货了2817万块硬盘，继续位列第一，西部数据紧随其后，其第二季度硬盘的出货量为2540万块，第三是东芝，硬盘出货量为1398万块。在硬盘的类别上，SSD固态硬盘的总出货为9960万块，比同期的机械硬盘多出47%。
“固态硬盘NAND闪存芯片密度会越来越大，则存储量越来越高，以后的价格也会越来越低，可以预见得到固态硬盘取代传统硬盘势在必行。”（来源：中国网 发布时间：2019-07-03 11:16）
“数码资讯类网站3Dnews认为，市场饱和，竞争激烈导致了今天只有3个企业继续生产HDD机械硬盘这样的事实，似乎没人愿意再进入这个市场。”（来源：参考消息网 发布时间：2021-04-15 10:07）
“数码大潮以来，移动储存产品基本上完成了由USB闪盘取代软盘的过程，而移动硬盘因为价格和体积问题，多被应用在大容量的移动数据转移场合，虽然数量有限，却也牢牢占据了相当的市场份额。”（来源：中研网 发布时间：2023-04-10 17:04:19）
“固态硬盘在安装、启动和加载游戏内容方面具有明显优势。事实上，目前几乎所有游戏设备都已经开始采用固态硬盘取代机械硬盘。”（来源：环球Tech 发布时间：2023-06-18 22:20）
“闪存和SSD均属于半导体存储范畴，闪存指的是存储介质，即闪存颗粒。SSD指的是存储设备。目前我国算力中心中采用SSD的占比较低，在我国存储市场中，闪存所占比例还较低，未来发展空间巨大。随着我国国产存储整机和闪存生产能力逐步提升，SSD取代HDD时机已经到来。”———倪光南（来源：中国电子报 发布时间：2023-06-10 18:10）
“作为科技工作者，我们需要激情创新、用心造芯，把中国人的信息存放在中国人自己的硬盘。”——骆建军（来源：浙江日报 发布时间：2021-11-03 23:29）