硬盘知识简述——从“安全删除硬件”讲起

在闪迪那篇文章里预告过的,会写一篇硬盘知识的文章,拖了这么久终于下定决心动笔(手)了。正如标题所说,先从“安全删除硬件”讲起。日常生活中拔出U盘的时候经常需要进...


在闪迪那篇文章里预告过的,会写一篇硬盘知识的文章,拖了这么久终于下定决心动笔(手)了。

正如标题所说,先从“安全删除硬件”讲起。日常生活中拔出U盘的时候经常需要进行这个操作,那么“安全删除硬件”到底是什么,拔出硬盘前的操作有没有必要。

首先,在你点击“安全删除硬件”以后,系统会检测,有没有程序正在占用硬盘进行读写操作。例如,你正在往U盘里传文件;你的迅雷下载的文件直接存在硬盘里,在迅雷运行的时候会占用那个文件;这些情况都会导致安全删除硬件失败。在电脑确认没有程序占用以后,会给硬盘断电,然后告诉你可以拔掉了。

那么如果遇到你确定没有占用,但是系统还是提示安全删除硬件失败怎么办呢。还有一个办法就是现在的安全软件可以帮助你检测还在占用硬盘的程序是什么,使用安全软件提供的安全退出,如果有占用的话就可以帮你解除占用。安全软件也没有的话,确定自己没有软件占用也可以直接拔了。

这是一条分割线

接下来的正文内容,大家可以根据自己的能力选择段落阅读。每个小节我都会写一些适合大众阅读的内容。

1.硬盘的种类

硬盘主要分为固态硬盘和机械硬盘,就现在的技术而言,机械硬盘更便宜容量更大,固态硬盘速度快但是贵。机械硬盘内部是一片片的磁碟和磁头,固态硬盘内部就是电路板上装的一块一块黑色的存储颗粒。机械硬盘运行的时候,磁头在碟片上低空飞行,但是并不接触,同时对飞过的地区进行读取操作,而震动等冲击很容易使磁头划过碟片造成永久性损伤,这也是很多移动硬盘损坏的原因。而固态则是由主控将数据的电信号存储到存储颗粒中,没有机械硬盘复杂的机械结构,所以不会有这样的问题。

机械硬盘原理图

而固态硬盘,里面都是存储颗粒和电路板,不能像机械硬盘一样转起来,它的性能区分一般看你走的是什么通道。SATA3通道的通常读取550M,写入500M左右,这是性能比较好的,速度跑到接近该通道的理论上限。而PCIe通道的,性能最好的三星970 Pro已经达到了3200M的读取,2500M的写入速度。在购买固态硬盘的时候,推荐256G以上的,因为256G比128G通常不会贵多少,但是一般主控芯片都会升一级导致写入速度有所提升。区别SATA3和PCIe通道可以通过看商家的介绍和价格来区分,长方形的盒装的大部分都是SATA3,而长条装使用M.2接口的就只能是看介绍里怎么写的了,SATA3就会说是SATA3,PCIe有时候也会说是NVMe(一种固态数据传输协议名称)。再就是PCIe价格会贵很多。SATA3的固态通常1.5元1G,PCIe的就是2元以上1G了。

M.2接口固态硬盘

2.压缩文件后传输

这个小节是顺着闪迪U盘评测那篇文章里的Tip继续讲的。简单说一下那个Tip就是,当你有一个文件夹里有很多大小不同的文件时,压缩以后传输会比直接传输更节省时间。这个和运行机制有关。

当你把一整个文件夹往硬盘里传输的时候,在系统眼里这是很多个文件,需要一个一个的把它们传输过去。在这个过程中,CPU从硬盘里找到单个文件的地址。这个地址指向的是这个文件占用的第一个簇的地址。类似于,你们家有很多人,这一条街上半条街的别墅都是你家的,而你们家的地址只是你在这条街上第一栋房子的地址,找到这个地址,知道你家有多少栋别墅,就能找到你家所有的人了。文件也是一样,知道文件多长,找到第一个簇的地址就能找到整个文件了。CPU把文件读取出来,顺着USB口写入到你的硬盘里。接着CPU会重复这个操作,直到所有的文件都发送到硬盘了。然而,从一个文件到另一个文件,就涉及到重新寻址的问题。还用上面那个例子,就单个家庭而言,找到地址,顺着房子敲门敲下去就好了,但是你还要找另一个家庭,就需要重新对着地址找。在硬盘里这个重新寻址的过程是需要时间的,在另一侧文件的写入也是一样,写完一个文件需要重新寻址。这导致了多个文件写入的时候,速度会下降的很厉害。

而压缩文件不同,不论使用什么压缩方式,将多个文件压缩合并成一个压缩文件以后,系统会把这个压缩文件当成一整个文件来处理,而不是当成很多小文件。这样就避免了上述需要重新寻址的问题,保证文件传输过程中能以硬盘最高的连续读写速度进行。

最开始,机械硬盘一个扇区是512 Bytes,可以理解为机械硬盘的最小存储单位。一个文件一定是占用整数个扇区,所以最后一个扇区肯定会出现没有占满的情况。这就是为什么,当你鼠标右击-属性,来查看某个文件或者文件夹大小的时候它会给你两个数据,一个大小,一个占用空间,就是因为硬盘的最小单位是512 Bytes,而你的文件没有占用满这个扇区。

而现代,硬盘的容量越来越大,如果还用512 Bytes作为最小单位,会对硬盘性能产生很大的限制。从此在系统里人为的设定一个数值来作为最小单位,这个就叫“簇”。之前固态硬盘常说的4K对齐,就是把簇设置为4K的一个过程。在你格式化硬盘的时候,会让你选择“分配单元大小”,这个就是“簇”的通俗说法了。

PS:扇区这个词是机械硬盘特有,详情参考“硬盘种类”第一张图

4.易失性存储与非易失性存储

首先解释一下,易失性存储就是这个设备在断电以后,内部的数据不会保留,例如,内存。而非易失性存储则是在断电以后,数据会被保存下来,例如,硬盘。他们各有各的好处,内存作为一个CPU经常需要访问的设备,低延迟是必须的东西。CPU不可能从内存读数据的时候还会压缩之后再传输,因为压缩就是CPU进行的。使用易失性存储,造就了内存2微秒超低的延迟,但是因为断电丢数据的特点,不能用于存储。非易失性存储,便是之前说的那两种硬盘,PCIe固态硬盘的平均延迟时间在0.126ms左右,而机械硬盘则达到了接近20ms,毕竟机械硬盘重新寻址的时候还需要把磁头移过去。不过断电不丢数据,就作为数据存储设备使用了。

5.文件系统

最后简单提一下文件系统,肯定有很多人会遇到苹果电脑无法往U盘里写入数据的情况。这很有可能是因为你的U盘文件系统是NTFS,一种Win独有的文件系统,苹果电脑对它只知道怎么读取,但是不知道如何写入。如果你想你的移动存储设备可以在两种电脑上都可以用,你可以用Win的笔记本将硬盘格式化成exFAT格式,作为FAT32的下一代文件系统,exFAT继承了FAT32通用于两个系统的特点,同时也没有了FAT32单个文件最大4G的限制。苹果在去年也更新了它的文件系统到了APFS,在苹果电脑上运行的时候也会有诸多“加成”。

6.格式化与快速格式化

从上图可以看出来,当你选择格式化的时候可以选择快速格式化。如果你分别试过格式化与快速格式化就会发现普通的格式化很慢,非常慢。这是因为当你选择快速格式化的时候,系统只会删除文件。而慢速的格式化,系统还会把硬盘写满再删,往复进行这个操作以保证文件不会被恢复。陈冠希事件就是修硬盘的技术人员将内部文件恢复出来造成的。所以自己用的时候快速格式化就好了,如果硬盘卖给别人同时里面有重要数据,那么还是慢慢格式化比较好。

这篇文章写得还是比较乱的了,我自己在这里的知识也是碎片化的。