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数字存储基础知识,第1部分:内部存储与内存

作者:金治寺    发布时间:2018-01-02 02:33:24    

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市场上最流行的存储/存储设备的集合。 Dong Ngo / CNET

编者注:本文是正在进行的系列文章的一部分,并于2014年4月24日更新,并附有最新信息。 对于本系列的其他部分,请查看相关的故事。

我们在这里讨论的不是更衣室类型的存储空间。 相反,它更重要,经常被低估:信息存储的地方。

谈到计算机存储,从朋友和读者发给我的许多问题来判断,普通用户对于它实际上是什么有一点混淆。 这不是你的错; 数字存储可能像我的桌子一样凌乱。 这就是本系列的原因,我以外行的方式理清基础知识等。

也就是说,这对于高级用户来说可能过于基本。 然而,家庭和新手用户会给自己一些不间断的时间并潜入水中。你会幸存下来。


1.了解单位

无论多么无聊,你都无法掌握数字存储而不知道它的测量单位,即字节

字节 (符号:B):字节通常是数字存储中的最小单位。 您可以将1个字节视为文档中的一个字符。 例如,我们实际上需要使用4个字节来存储单词“byte”。 在现实生活中,我们使用更大的单位,包括千字节,兆字节,千兆字节和太字节。


注意: 从技术上讲,还有另一个较小的单位称为 (符号:b),它是一个表示状态0或1的单个二进制单元,它对数字信息进行编码。 字节是比特序列,通常1字节等于8比特。 比特更常用于显示正在传输的数据,特别是在长距离上,例如因特网的速度,其以每秒比特来度量。 字节更常用于显示存储量或在可以移动大量数据的情况下。 在存储空间方面,最好使用byte; 更像是计算奶牛数量比计算脚数更实际,然后除以4。


Kilobyte (KB或kB):根据一般定义,一千字节是1,024字节。 在许多情况下,为简单起见,1千字节被理解为1,000字节。

兆字节 (MB):根据一般定义,1兆字节是1,024,000字节。 类似地,它也可以理解为1,000,000字节。

技嘉 (GB):根据一般定义,1千兆字节是1,000,000,000字节。


注意: 还有另一个称为gibibyte (GiB)的单元,其中1 GiB等于1,073,741,824字节。 还将1千兆字节定义为1,073,741,824字节,这恰好是Microsoft使用的定义,因此被Windows操作系统用于报告存储设备容量。 这会引起混淆,因为现在所有存储设备似乎都提供比其广告容量更少的存储空间。 例如,一个500GB的驱动器,一旦由Windows格式化,将报告仅约465GB的容量。 这只是一个解释问题。


太字节 (TB):根据一般定义,1 TB是1,000,000,000,000字节,或1,000 GB。

目前,最大的3.5英寸硬盘(通常位于台式电脑内)提供4TB的存储空间。 大多数计算机都配备容量介于120GB和2TB之间的驱动器。 大多数移动设备(如平板电脑或智能手机)提供8GB到120GB的存储空间。


注意: 通常,iPhone 4拍摄的典型照片占用大约2MB的存储空间。 数字歌曲大约使用5MB。 光盘(CD)容量为700MB,可存储约350张iPhone照片或约140首歌曲。 然而,数字内容的实际大小变化很大,取决于格式和压缩级别。 通用规则是内容更丰富(和/或更高质量),它需要更大的存储空间。 10分钟的音频播客需要4MB到10MB之间,但10分钟的高清电影需要几百兆甚至几千兆字节的存储空间。


2.5英寸硬盘驱动器旁边的2.5英寸硬盘驱动器。
2.5英寸硬盘驱动器旁边的2.5英寸硬盘驱动器。 Dong Ngo / CNET

2.存储与内存

这两个术语经常被错误地用于彼此,尽管它们是两个非常不同的东西。

简而言之, 存储是存储信息(如Word文档,照片,影片剪辑,程序等)的地方。 在计算机中,整个操作系统本身(例如Windows 7或Mac OS)也存储在内部存储设备上。 存储是非易失性的,这意味着当主机设备(例如计算机)关闭时信息仍然存在,并且在设备重新打开时可以轻松访问。 它就像一本书或纸质笔记本,总是存在,随时可供您阅读或书写。

另一方面, 存储器 (也称为系统存储器随机存取存储器RAM )是处理和操纵信息的地方。 系统内存中的数据是易失性的,这意味着当计算机关闭时,它就消失了; 记忆变得空白,好像以前什么也没有。 它有点像你大脑的短期记忆部分,当你读书时形成和处理图像或想法 - 那些在你停止阅读的那一刻消失的。

当您打开计算机时,大多数启动时间是从计算机的主存储单元(可能是硬盘驱动器)加载到系统内存的操作系统。 完成此过程后,计算机已满载并准备好执行其他任务。

尽管存在差异,但系统内存和存储之间存在着密切的关系。 例如,您正在处理的Word文档位于计算机的内存中。 保存时,它的副本现在驻留在计算机的存储上。 当您完全关闭Microsoft Word时,文档现在只驻留在硬盘驱动器(存储)上,并且不再在内存中,直到您再次打开它。

系统内存比硬盘驱动器存储(gigabyte-to-gigabyte)贵很多。
系统内存比硬盘驱动器存储要贵很多,从千兆字节到千兆字节。 Dong Ngo / CNET

所有这些意味着您通常不会真正体验存储。 在计算机屏幕上或通过扬声器呈现给您的所有内容实际上都发生在系统内存中。 然而,在它到达那里之前,它需要从计算机的存储设备加载到系统内存中。 因此,计算机配备的系统内存越大,速度越快,信息准备得越快,一次使用计算机就越多(多任务处理)。 您通常需要的内存远远少于存储。 大多数新计算机的内存介于2GB到8GB之间,并且您不需要更多内存。 这也是一件好事; 千兆字节到千兆字节,内存比存储贵得多。

当然,内存只是计算机性能的众多因素之一。 另一个因素是存储本身,它可以是硬盘(也称为硬盘)或固态硬盘(SSD)。

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标准笔记本电脑硬盘(左)和标准SSD。 它们在外面看起来非常相似。 Dong Ngo / CNET

3.硬盘与固态硬盘

几十年来,硬盘一直是最常见的存储设备,自20世纪60年代初以来一直占主导地位。 然而,固态硬盘相对较新,并且在过去三年中越来越受欢迎。 在大多数情况下,它们可以互换使用,两者都有利弊。

硬盘(或硬盘)

虽然硬盘驱动器自成立以来已经发展了很多,但基本原理仍然是相同的:它是一个包含几个连接到主轴的磁盘(称为盘片)的盒子,非常类似于空白CD或DVD的主轴。 每个盘片都有一个悬浮在顶部的读/写头。 当主轴旋转时,磁头移入和移出,以便在称为“数据磁道”的微小信息记录单元上向盘片的任何部分写入或读取数据。 这种类型的信息访问称为“随机访问”,而不是旧的和过时的存储类型(如磁带)中的低效“顺序访问”。

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在内部,它们完全不同。 SSD(左)没有移动部件。 Dong Ngo / CNET

虽然这个概念相当简单,但现代硬盘的内部却是一个先进的纳米技术世界。 这是因为随着硬盘驱动器的存储容量增加而其物理尺寸保持不变,写在盘片上的信息密度变得非常大,以至于我们需要使用纳米来测量它。 一纳米是十亿分之一米(一米约3.3英尺)。


透视:例如,在普通的2.5英寸笔记本电脑硬盘驱动器 ,记录头和盘片之间的间隙只有几纳米。 两者永远不会相互接触 - 否则驱动器将“砖砌” - 当硬盘工作时,它的盘片以5400rpm的速度旋转。 (台式机和高端笔记本电脑硬盘在转速为7200rpm或10,000rpm时速度更快。)为了说明这一点,如果我们将Scorpio Blue放大13,000倍,那么盘片看起来就像一个直径约3.3英里的圆形赛道; 数据轨道的长度约为0.4英寸,记录头的大小约为卡丁车的大小。 当硬盘驱动器运行时,这种卡丁车将以低于其上方人发的厚度在轨道上飞行,速度约为每小时340万英里。


硬盘通常有两种物理设计:3.5英寸(用于台式机)和2.5英寸(用于笔记本电脑)。 笔记本电脑硬盘也有不同的厚度,如9.5毫米(标准)或7毫米(超薄)。 使用连接接口标准将硬盘驱动器连接到主机。

连接接口:这是确定硬盘驱动器(或标准SSD)如何连接到主机(例如计算机)以及存储设备和主机之间数据速率有多快的标准。 存储有一些接口标准。 目前,大多数(如果不是全部)消费级驱动器都使用串行ATA(或SATA)标准。 该标准分为三代:SATA I,SATA II和SATA III,分别提供1.5Gbps,3Gbps和6Gbps的速度上限。 在可用性方面,最新一代SATA标准向后兼容。 在性能方面,您需要使用相同SATA产品的那些以获得最佳速度。

硬盘驱动器的优点:通常,硬盘驱动器提供每单元最大的存储容量(目前3.5英寸设计高达4TB,2.5英寸设计高达2TB)。 它们也非常实惠,每千兆字节仅需几美分。 出于这个原因,硬盘驱动器仍然是最流行的计算机存储形式,并且在大多数存储应用程序中使用。

硬盘驱动器的缺点:由于这些是机械设备,硬盘驱动器会受到磨损,就像任何其他带有移动部件的机器一样。 它们还使用更多的能量(与SSD相比),产生热量,并且速度慢得多。 硬盘驱动器也需要一些时间来从空闲或关闭旋转,这使得主机需要更长的时间来启动。 通常,通常使用的典型硬盘驱动器持续约五年。

固态硬盘(SSD)

与硬盘驱动器不同,SSD没有移动部件。 与系统内存类似,SSD是用于存储信息的微芯片。 然而,这些是非易失性存储器芯片,可以像硬盘驱动器那样保留信息。 大多数标准SSD采用2.5英寸设计,而在外部,它们看起来就像普通的2.5英寸硬盘。 标准SSD适用于使用相同连接接口的硬盘驱动器的任何情况。 由于没有移动部件,SSD可以制成许多不同的(有时是专有的)物理形状和尺寸,使其成为移动设备(如智能手机或平板电脑)的最佳选择。 通常,SSD的使用寿命取决于在其上写入的信息量(越少越好)和容量的大小(越大越好)。

SSD的优点:比普通硬盘更快,更节能,更耐用,更凉爽,更安静。 将计算机从使用硬盘驱动器升级到SSD作为其主存储器在性能方面提供了最大的激励。 大多数SSD持续时间超过五年; 有些甚至可能持续数百年。

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三种主要类型的SSD:PCIe,mSATA和2.5英寸标准。 Dong Ngo / CNET

固态硬盘:固态硬盘的最大优势是价格。 目前,就每千兆字节的成本而言,SSD的价格是硬盘的7至50倍,具体取决于容量。 固态硬盘的容量也有限,只需要大约512GB或更少,然后才能实现太昂贵。 SSD也受到有限的写入时间的影响,称为“写入耐久性”。 换句话说,SSD可以在变得不可靠之前写入有限次数。 在重写驱动器的一部分之前,您需要先擦除已存储在该部分上的信息。 这就是写耐久性等级也被称为编程/擦除(PE)周期的原因。 实际上,这并不是什么大问题,因为在大多数情况下,SSD可能会在其PE周期结束之前因其他原因而被替换。

固态硬盘类型:有三种主电源类型的消费级固态硬盘,区别在于其设计和连接类型。

标准SSD是市场上最流行的SSD类型,与标准笔记本电脑2.5英寸硬盘驱动器具有相同的设计和连接类型。 它采用SATA连接类型,速度上限为SATA标准,现在速度为6Gbps。

第二种类型是mSATA SSD ,它小得多并且使用mSATA连接类型。 mSATA仅用于超移动设备和某些笔记本电脑。 它还具有SATA标准的速度上限。

最后,还有PCI Express SSD或PCIe SSD,它们与PCIe附加卡(例如视频卡)具有相同的设计。 因此,您可以购买的PCIe SSD仅适用于具有可支持此类SSD的PCIe插槽的某些台式计算机。 特别设计的PCIe SSD也可以在高端笔记本电脑中找到,例如新的Macbook Pro和台式电脑,例如最新的Apple Mac Pro。

通常,SSD的最佳用途是作为托管操作系统的计算机的主要存储单元; 与硬盘驱动器相比,它将大大提高计算机的整体性能。 在台式机中,您还可以将SSD用作主驱动器,将另一个常规硬盘驱动器用作存储数据的辅助驱动器。 在笔记本电脑上,您还可以使用的实现此设置

这种混合解决方案实际上是平衡性能,成本和存储空间的最佳实践。 或者您也可以选择混合驱动器。

WD Black 2双驱动器
WD Black 2 Dual硬盘在一个2.5英寸标准包装内提供最佳的SSD和HDD。 Dong Ngo / CNET

混合驱动器

也称为固态硬盘或SSHD。 顾名思义,混合驱动器是指在一个盒子中同时使用基于普通盘片的存储和基于固态的存储的驱动器。 混合驱动器带有内置算法,可自动将频繁访问的文件(例如操作系统的文件)移动到固态部分,并将更多静态数据(如照片或电影)留在硬盘上驱动部分。 这提供了类似SSD的性能,没有高价格和有限的存储空间。 SSHD的发展趋势始于 但现在还有来自其他存储供应商的SSHD。

在实际测试中,与硬盘驱动器相比,混合驱动器确实有助于提高计算机的性能,但它们绝不像SSD那么快。


这就是现在。 如果您仍有疑问,请将它们放在评论部分或通过或我的发送给我。 再回来查看 ,我将讨论外部存储设备。

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