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数字存储基础知识第1部分内部存储与内存

发布时间:2021-05-29 08:55:26来源:

CNET 编辑 Dong Ngo 为家庭用户介绍了数字存储设备的基础知识。这不是我们在这里谈论的更衣室类型的存储。相反,它是更重要且经常被低估的东西:存储信息的地方。

说到计算机存储,从朋友和读者给我的许多问题来看,一般用户对它究竟是什么有相当多的困惑。这不是你的错;数字存储可能和我的办公桌一样混乱。这就是这个系列的原因,在那里我整理了基础知识和更多,用外行的话。

也就是说,其中的某些信息对于高级用户来说可能过于基础。然而,家庭用户和新手用户给自己一些不间断的时间并投入其中。你会活下来。

1. 理解单位

不管这有多无聊,如果不知道它的度量单位,即字节,你就无法掌握数字存储。

字节(符号:B):字节一般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位(符号:b),它是一个表示状态 0 或 1 的单个二进制单位,它对数字信息进行编码。一个字节是一个比特序列,一般1个字节等于8个比特。位通常用于显示正在传输的数据,尤其是在很长的距离(例如Internet的速度)下,该数据以位/秒为单位进行度量。字节更常用于显示存储量或在您可以移动大量数据的情况下。说到存储空间,用byte比较好;就像数奶牛的数量比数脚数然后除以四更实用。

千字节(KB或kB):根据一般定义,一千字节为1,024字节。在很多情况下,为了简单起见,1 KB 被理解为 1,000 字节。

兆字节(MB):根据一般定义,1 兆字节为 1,024,000 字节。同样,也可以理解为1,000,000字节。

千兆字节(GB):根据一般定义,1 GB 是 1,000,000,000 个字节。

注意: 还有一个单位称为gibibyte (GiB),1 GiB 等于 1,073,741,824 字节。在JEDEC存储器标准还定义了1千兆字节为1,073,741,824字节,这恰好是Microsoft使用,因此使用由Windows操作系统报告存储设备容量的定义。这会引起混淆,因为现在所有存储设备提供的存储空间似乎都少于其宣传的容量。例如,一个 500GB 的驱动器,一旦被 Windows 格式化,将报告的容量只有大约 465GB。这只是一个解释问题。

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

当前,最大的3.5英寸硬盘驱动器(通常在台式计算机中发现)提供4TB的存储空间。大多数计算机都带有容量介于 120GB 和 2TB 之间的驱动器。大多数移动设备(例如平板电脑或智能手机)提供 8GB 到 120GB 的存储空间。

注意: 一般情况下,iPhone 4 拍摄的一张典型照片会占用大约 2MB 的存储空间。一首数字歌曲使用大约 5MB。一张容量为 700MB 的光盘 (CD) 可容纳约 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,这取决于格式和压缩级别。通用规则是内容越丰富(和/或质量越高),它需要更大的存储空间。一个 10 分钟的音频播客需要 4MB 到 10MB 之间的任何空间,但 10 分钟的高清电影需要几百兆甚至千兆字节的存储空间。

2.存储与内存

这是两个经常被错误使用的术语,尽管它们是两个非常不同的东西。

简而言之,存储就是存储信息(例如 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很容易访问。它就像一本书或一本纸质笔记本,随时可用,随时可供您阅读或书写。

另一方面,内存(又名系统内存、随机存取内存或RAM)是处理和操作信息的地方。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,仿佛之前什么都没有。它有点像你大脑的短期记忆部分,当你阅读一本书时,图像或想法正在形成和处理——那些在你停止阅读的那一刻就消失了。

当您打开计算机时,大部分引导时间是操作系统从计算机的主存储单元(可能是硬盘驱动器)加载到系统内存中。完成此过程后,计算机已满载并准备执行其他任务。

尽管存在差异,但系统内存和存储之间存在密切的关系。例如,您正在处理的 Word 文档位于计算机的内存中。当您保存它时,它的副本现在驻留在计算机的存储中。当您完全关闭 Microsoft Word 时,该文档现在仅驻留在硬盘驱动器(存储)中,不再存在于内存中,直到您再次打开它。

所有这一切都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,信息准备的速度就越快,同时您可以用一台计算机做更多的事情(多任务处理)。您通常需要比存储少得多的内存。大多数新计算机的内存在 2GB 到 8GB 之间,您不需要更多。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,内存只是影响计算机性能的众多因素之一。另一个因素是存储本身,它可以是硬盘驱动器(又名硬盘)或固态驱动器 (SSD)。

3.硬盘驱动器与固态驱动器

几十年来,硬盘一直是最常见的存储设备,自 1960 年代初以来一直占据主导地位。然而,固态驱动器相对较新,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,并且各有利弊。

硬盘(或硬盘)

虽然硬盘驱动器自诞生以来已经发展了很多,但其基本原理保持不变:它是一个盒子,其中包含一些磁盘(称为盘片)连接到一个主轴上,非常类似于空白 CD 或 DVD 的主轴。每个盘片都有一个悬停在顶部的读/写头。当主轴旋转时,磁头移入移出,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被称为“随机访问”,而不是在旧的和过时的存储类型(如磁带)中发现的低效“顺序访问”。

虽然概念相当简单,但现代硬盘驱动器的内部是先进纳米技术的世界。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,写入盘片的信息密度变得如此之大,以至于我们需要使用纳米来测量它。1纳米等于一米的十亿分之一(一米约为3.3英尺)。

透视图:在普通 2.5 英寸笔记本电脑硬盘中,WD Scorpio Blue例如,记录头和盘片之间的间隙只有几纳米。两者永远不能相互接触——否则驱动器会“变砖”——当硬盘驱动器工作时,它的盘片以 5,400rpm 的速度旋转。(台式机和高端笔记本电脑硬盘驱动器以7,200rpm或10,000rpm的转速旋转得更快。)将它放在上下文中,如果我们将Scorpio Blue放大13,000倍,则盘片看起来就像直径约3.3英里的圆形赛道; 一个数据磁道的长度大约为 0.4 英寸,而记录磁头大约有一辆卡丁车的大小。当硬盘驱动器运行时,这辆卡丁车将在不到一根头发丝粗细的轨道上以每小时约 340 万英里的速度飞行。

硬盘驱动器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,例如 9.5 毫米(标准)或 7 毫米(超薄)。硬盘驱动器使用连接接口标准连接到主机。

连接接口:这是决定硬盘(或标准SSD)如何连接到主机(如计算机)以及存储设备和主机之间的数据速率有多快的标准。有一些用于存储的接口标准。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,它们分别提供1.5Gbps,3Gbps和6Gbps的速度上限。就可用性而言,最新一代 SATA 标准向后兼容前几代。在性能方面,您需要使用同代 SATA 的产品以获得最佳速度。

硬盘的优点:通常,硬盘提供最大的单位存储量(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 GB 只需几美分。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,并用于大多数存储应用程序。

硬盘驱动器的缺点:由于这些是机械设备,因此硬盘驱动器会遭受磨损,就像任何其他带有移动部件的机器一样。它们还使用明显更多的能量(与 SSD 相比)、产生热量,而且速度要慢得多。硬盘驱动器也需要一些时间才能从空闲或关闭状态旋转,这使得主机需要更长的时间来启动。一般来说,一般使用的典型硬盘驱动器可以使用五年左右。

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 是设计用于存储信息的微芯片。但是,这些是非易失性存储芯片,可以像硬盘驱动器一样保留信息。大多数标准 SSD 都采用 2.5 英寸设计,从外观上看,它们就像普通的 2.5 英寸硬盘。标准 SSD 在使用相同连接接口的硬盘驱动器的任何情况下都可以工作。由于没有移动部件,SSD 可以制成多种不同(有时是专有)物理形状和尺寸,使其成为智能手机或平板电脑等移动设备的最佳选择。一般来说,SSD 的寿命取决于写入的信息量(越少越好)和容量有多大(越大越好)。

SSD 的优点:比普通硬盘快得多、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为 SSD 作为其主要存储提供了性能方面的最大激励。大多数 SSD 的使用寿命远超过五年;有些甚至可以持续数百年。

SSD 的缺点: SSD最大的问题是价格。目前,SSD 在每 GB 成本方面比硬盘贵 7 到 50 倍,具体取决于容量。SSD 的容量也有限,在变得过于昂贵而无法实用之前,只能提供大约 512GB 或更少的容量。SSD 还存在写入时间有限的问题,称为“写入耐久性”。换句话说,SSD 在变得不可靠之前可以写入有限的次数。在您可以重写驱动器的一部分之前,您需要先擦除已经存储在该部分的信息。这就是写耐久性等级也称为编程/擦除 (PE) 周期的原因。实际上,这并不是什么大不了的事情,因为在大多数情况下,SSD可能会在PE周期结束之前出于其他原因被替换。

SSD类型:消费级 SSD 主要分为三种类型,根据它们的设计和连接类型而有所不同。

该标准的SSD,最流行的类型在市场上的固态硬盘,共享相同的设计和连接类型为标准笔记本电脑的2.5英寸硬盘。它使用 SATA 连接类型,具有 SATA 标准的速度上限,现在为 6Gbps。

第二种是mSATA SSD,它更小,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)共享相同的设计。出于这个原因,您可以购买的 PCIe SSD 仅适用于某些具有可支持此类 SSD 的可用 PCIe 插槽的台式计算机。专门设计的 PCIe SSD 也可以在高端笔记本电脑(例如新的 Macbook Pro)和台式机(例如最新的 Apple Mac Pro)中找到。

通常,SSD 的最佳用途是作为承载操作系统的计算机的主要存储单元;与硬盘驱动器相比,它将大大改善计算机的整体性能。在台式机中,您还可以将SSD用作主驱动器,并使用另一个常规硬盘驱动器作为辅助驱动器来存储数据。在笔记本电脑上,您还可以使用WD的Black 2 Dual Drive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。

混合驱动

也称为固态硬盘或 SSHD。顾名思义,混合驱动器是一种在一个盒子中同时使用基于盘片的常规存储和基于固态存储的驱动器。混合驱动器带有内置算法,可以自动将经常访问的文件(例如操作系统的文件)移动到固态部分,并将更静态的数据(例如照片或电影)留在硬盘上驱动部分。这提供了类似 SSD 的性能,而没有高昂的价格和有限的存储空间。SSHD 的趋势始于希捷 Momentus XT。但现在也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,但它们的速度远不及 SSD。

标签:数字存储基础知识