固态硬盘与机械硬盘综合比较探究

孙瑞

摘 要：机械硬盘和固态硬盘是目前市面上最为常见的两种计算机存储设备，二者具有截然不同的实现原理和工作特性。本文通过对二者从原理到性能、价格等与普通消费者息息相关的方面进行简单的对比分析，从而对普通用户在这二者的认识与选择上起到一定的参考作用。

关键词：机械硬盘；固态硬盘；原理；性能；价格

1 前言

从计算机诞生的那一刻起，存储设备就扮演着不可或缺的角色。最初的硬盘如著名的IBM RAMAC都是体积巨大并且十分沉重的大家伙，直到1980年前后，IBM推出了薄膜磁头技术，才让我们彻底告别了那些庞然大物。随后我们把越来越多的注意力放在存储密度和速度上，当然也没有忘记追求更小更便捷的理念。但是，由于机械硬盘先天的设计使得我们不得不面对其机械零部件的稳定性及抗震性等诸多问题。而近年来，一种新形态的存储设备开始崭露头角，即固态硬盘，它凭借着相对于机械硬盘的各种优越性能一举成为了硬盘界的新星，由于存在着一些争议点，它也未能在短时间内撼动机械硬盘的主流地位。那么，机械硬盘和固态硬盘之间究竟有哪些不同，它们又分别能给普通消费者带来什么影响？本文通过对这二者不同方面的一些比较汇总，简单分析其对普通用户的意义。

2 机械硬盘与固态硬盘原理对比

2.1 机械硬盘的原理

机械硬盘，英文名Hard Disk Drive，是电脑上使用坚硬的旋转盘片为基础的非挥发性存储设备，它在平整的磁性表面存储和检索数字数据，信息通过离磁性表面很近的磁头，由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上，同时信息可以通过相反的方式读取，例如读头经过纪录数据的上方时磁场导致线圈中电气信号的改变。其读写是采用随机存取的方式，因此可以以任意顺序读取硬盘中的数据。机械硬盘内部包括一至数片高速转动的磁盘以及放在执行器悬臂上的磁头。

根据其实现原理，我们不难发现现代机械硬盘的工作方式就如同其名称一般，是通过机械方式来实现，即电动马达驱动盘片高速旋转，再辅以磁头的操作来存取数据。

2.2 固态硬盘的原理

固态硬盘，英文名Solid State Disk或Solid State Drive，是一种以存储器作为永久性存储器的电脑存储设备。虽然SSD已不是使用“碟盘”来记存数据，也没有用于“驱动”的马达，但是人们依照命名习惯，仍然称为固态硬盘或固态驱动器。

固态硬盘分易失性与非易失性两种，这里我们着重研究更适合作为传统硬盘替代品的非易失性固态硬盘。非易失性固态硬盘中数据的存取主要由NAND Flash及其主控芯片来实现，没有活动的机械部件，为纯芯片结构。

2.3 二者原理的对比

通过对机械硬盘与固态硬盘存取原理的简单了解，我们可以归纳出二者之间最显著的不同就在于机械结构的有无。而这一实现原理的差异也直接导致了二者在速度等实际使用性能上有着截然不同的特性。因此后文将在其原理的基础上进一步细化对比二者的各项特性。

3 机械硬盘与固态硬盘性能对比

对于普通用户而言，硬盘作为一个存储介质，其性能便主要体现在其容量、速度、稳定性等实际使用场景方面。而由于硬盘本身的容量大小差异化较大，因此出于客观性考虑，下文将在一定程度上弱化其容量差异产生的影响。

3.1 二者读写速度的对比

由前文可知机械硬盘通过磁头在高速旋转的盘片上进行磁操作来读取数据，因而盘片旋转的速度越快，机械硬盘的数据读写速度也就越快。目前消费市场上主流的机械硬盘盘片转速主要有5400转/分钟和7200转/分钟两种，其在SATA3接口下的读写速度则分别在50～90MB/s与90～190MB/s上下，不难发现机械硬盘转速的提升对于其读写速度的影响还是很明显的。但是，机械硬盘盘片的旋转依赖于机械马达的驱动，其速度的提高也会带来发热、磨损等诸多问题，在现有机械技术上想要大幅提高机械硬盘的转速仍十分困难，因此其读写速度也很难在现有的基础上获得较大的飞跃。

反观固态硬盘，由于不采用任何机械构造，因此便不会遇到机械硬盘的转速瓶颈问题。同时由于其采用芯片式的闪存存取方式，基础读写速度极快。不过有一点要指出的是，不像大多数的机械硬盘的读写速度仅和转速相关，固态硬盘由于其特殊的构造，其读写速度易受容量、主控等各方面因素影响较大，因此其读写速度的变化区间也较大，目前主流的固态硬盘读写速度主要集中在500MB/s～1GB/s这样区间，也有少部分高端型号可以达到2GB/s以上。但无论是哪一种型号，固态硬盘的读写速度高于机械硬盘已是不争的事实。由于底层技术实现上的差异，机械硬盘的读写速度可以说是已经输在了起跑线上。

3.2 二者功耗的对比

无论是机械硬盘还是固态硬盘，它们都需要通电来进行工作。那么，同样是完成其作为存储设备的工作，这二者的功耗情况如何？

由于机械硬盘采用机械方式工作，其功耗主要用于马达驱动和磁头读写，因此这和其盘片大小与转速密切相关，常见的3.5吋台式机机械硬盘运行功耗大约在10～20W，2.5吋的笔记本机械硬盘则可在此基础上折半。

而固态硬盘由于没有机械部件，其功耗主要用于主控的運算与闪存芯片擦写等，一般在4～5W左右，相比于传统机械硬盘较小。另外还需要指出的一点是：固态硬盘在计算机待机状态下可以几乎完全断电，而机械硬盘为了保证唤醒速度很难做到完全断电，因此在待机这一点上固态硬盘也是占优的。

综上，固态硬盘由于不受传统机械装置的拖累，其功耗一般在机械硬盘之下。

3.3 二者重量的对比

随着移动设备的普及，硬盘的重量也逐渐成为消费者的考量因素之一。不过由于各类硬盘结构、设计等差异化较大，因此这里仅考虑二者各自相对传统的实现方式的重量。

机械硬盘内部有盘片、马达、磁头等电气设备，均为金属制，笔记本上常见的2.5吋机械硬盘重量在100g左右。另外由于机械硬盘的容量与盘片大小数量等相关，故容量大的机械硬盘也会相应地加重。

固态硬盘内部只有电路板和芯片，其重量在50g左右，比机械硬盘轻了近一半，同时由于其容量的增加主要体现在芯片内部构造上，故容量大的固态硬盘并不会加重，可见其重量上的优势。

3.4 二者发热与噪音的对比

受技术条件限制，大多数的电子设备工作时往往都会存在着或多或少的发热和噪音，这是比较影响用户体验的。那么机械硬盘和固态硬盘在这两方面的表现如何呢？

机械硬盘的正常工作依赖于磁头在高速旋转盘片上的读写，而我们都知道，马达高速运转往往会产生较多的发热和噪音，尽管部分机械硬盘厂商有其相应的优化方案，但也只能尽可能地去减小，而无法从源头上完全控制其发热和噪音。

固态硬盘的工作则完全靠电路实现，电流会引起一定的发热，但其噪音几乎为零，因此在这一点上是略优于机械硬盘的。

3.5 二者數据稳定性的对比

作为存储设备，最重要的就是保证其存储的数据的稳定与安全。这体现在诸多方面，如抗震性能、存储寿命等。下面我们就来对机械硬盘与固态硬盘进行相关的比较。

机械硬盘中的数据存储在盘片上，在运行过程中通过磁头进行读取。因此其盘片的情况很大程度上也就决定了内部所存数据的情况。由于机械硬盘工作时盘片会高速旋转，而磁头则悬浮于其上，二者间距离非常小，这就导致了一但遭遇震动、碰撞等外力，磁头极易和盘片接触进而损坏盘片。尽管目前大部分的机械硬盘在防震上做了许多优化，但是这一损坏的可能性依然存在。因此机械硬盘中数据的威胁主要来自于物理上的损坏。

固态硬盘由于内部没有机械结构，物理损坏的可能性相对较小，这就使其有较好的抗震性能。但与机械硬盘不同的是，固态硬盘由于实现原理限制，其内部存储芯片的擦写数量存在限制，同时也会受到固态硬盘本身容量的影响。因此固态硬盘中数据的威胁主要来自于其实现原理本身的限制。

综上，在数据稳定性方面，二者均存在其优势与劣势，因此目前也尚不存在互相取代的可能。

4 机械硬盘与固态硬盘价格对比

对普通消费者而言，除了存储设备的性能，最关心的莫过于其价格，这里给出机械硬盘与固态硬盘价格上的简单对比。需要指出的是，由于各品牌厂商各自的技术、定价策略等差异较大，因此在相同容量情况下也常会出现价格波动较大的情况，故本文仅给出基于当前市场的普遍性价位，不考虑一些特殊情况。

首先机械硬盘和固态硬盘的价格都与其容量正相关，这也符合其作为存储介质最本质的特点。通过对硬盘销售市场的观察，我们发现机械硬盘中1TB容量最为畅销，而固态硬盘则是以256GB为主，而这在很大程度上就由其价格决定。巧的是，这两种容量规格的硬盘价位都在500元上下，可以看出目前固态硬盘单位存储容量的价格相对与机械硬盘还是较高的。如果我们提高存储容量，又会发现固态硬盘的价格随其存储容量的增大上升地更为明显，这也与固态硬盘的性能与存储容量之间的正向关系相印证。

综上，我们不难发现在相同价位上，我们更易购买到容量相对较高的机械硬盘，而高容量固态硬盘的价格则会有可观的升高。

5 总结

通过对机械硬盘与固态硬盘原理、性能及价格的简单对比分析，可以看出对于普通消费者来说，固态硬盘能够带来比机械硬盘优异许多的性能，但也需要付出相同容量下比机械硬盘更多的费用，同时固态硬盘在某些方面如读写寿命、数据的恢复性上仍存在着一些局限，也绝非完美。因此，普通消费者在选择存储设备时还应根据机械硬盘与固态硬盘二者的各方面的差异，理性合理选择，以最大限度地利用二者的优势。

参考文献

[1]李博.固态硬盘写效率及能耗优化研究[D].华中科技大学，2010.

[2]仲健.机械硬盘，路在何方？[N].电脑报，2010-09- 06D01.

[3]维基百科.硬盘[DB/OL].https：//zh.wikipedia.org/wiki/硬盘，2015-12-04/2015-12-20.