近年來隨著互聯網技術的發展，尤其是移動互聯網的發展，短視頻時代的來臨，每個人都是信息的產生者和傳播者，數據量爆發式的增長，這就對數據存儲提出了更高的要求，本小節，我們就來了解一下企業中的存儲數據的最主要的存儲介質—-硬盤。
硬盤類型大致分為兩大類，一類是機械硬盤，一類是固態硬盤，而在了解這兩者之前，我們不得不提到硬盤的發展史，而這個歷史開篇當然是機械硬盤。
一、機械硬盤
時間回到60多年前，在1956年世界上第一塊可以被稱為硬盤的設備誕生了，這就是IBM 350 RAMAC—今后機械硬盤（HDD）的鼻祖，與現在的硬盤相比，這個硬盤可真的是個大家伙，它的體積與兩臺冰箱差不多，內部有50個直徑為24英寸的盤片，重量超過一噸而容量只有可憐的5MB。
但是其出現代表著存儲介質拋棄了原始的穿孔紙和磁帶，進入了硬盤的時代。
IBM 350 RAMAC
IBM 3340
有了第一塊硬盤的基礎，之后的硬盤在體積上變得越來越小巧，1973年 IBM公司推出了首款溫徹斯特（Winchester）硬盤IBM 3340，簡稱溫盤。這種硬盤已經不再像RAMAC硬盤體積龐大，性能低效，具備了和現代的機械硬盤相同的工作原理和物理結構，都是磁頭從旋轉的盤片上讀取磁信號來獲取數據，并且磁頭和盤片驅動設備等都是被密封在盒子里。
隨后的幾年里，硬盤的體積不斷刷新記錄，70年代還都是些14英寸、8英寸的大塊頭，到了80年代很快啊一下子就涌現了5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸的硬盤。與體積一起變化的還有不斷引入的新技術，使得機械硬盤開始成為主流的設備。1997年IBM的GMR（Giant Magneto Resistive，巨磁阻）技術，它使磁頭靈敏度進一步提升，大幅度提高了硬盤的工作效率和儲存密度，機械硬盤快速發展，率先普及。
GMR巨磁阻效應磁頭
2007年，硬盤已經進入了以TB為單位的容量時代。垂直技術的出現，再一次提高了硬盤的存儲密度。在2007年，日立推出了第一款TB級別容量的硬盤，相比于世界上第一塊硬盤IBM RAMAC，容量足足翻了好幾十萬倍，可惜的是這確實成了機械硬盤最后的輝煌。之后機械硬盤的發展就陷入了瓶頸，從2007年至今機械硬盤除了在容量上有變化外，幾乎再也沒有什么技術上的飛躍了。
在2011年這個時間點，作為全球最大機械硬盤配件生產地的泰國，爆發了洪水，讓各個機械硬盤的廠商都開始嚴重缺貨，硬盤的價格大幅度上漲，更多的消費者開始傾向于購買固態硬盤（SSD）來使用，整個固態硬盤的發展進入起飛階段。
工作原理
機械硬盤的結構大致包括：盤片、磁頭臂、讀/寫磁頭、主軸、硬盤接口和控制電路等。
硬盤的儲存原理是簡單來說就是通過控制電路來控制讀寫頭去改變盤片表面上極細微的磁性粒子簇的N、S極性來加以儲存。
硬盤的數據是存儲在盤片上的，盤片劃分有很多的扇區做為最小的存儲單元，在盤片上漂浮著讀寫磁頭，通過盤片的高速旋轉和讀寫磁頭在盤片上移動來讀取盤片上指定位置的數據，大家都知道黑膠唱片機，機械硬盤的工作原理就和它非常相似。
開始，讀寫磁頭停靠在主軸附近的位置—啟停區，主軸上連接多塊盤片，并連接在一個馬達上，馬達轉動帶動主軸和盤片高速的旋轉產生氣流，使得磁頭漂浮盤片的上空，磁頭在磁頭臂上，磁頭臂帶動磁頭移動到指定位置通過讀取磁性顆粒的極性N，S來讀取存儲的數據。
硬盤上的數據組織
硬盤上的數據是如何來進行組織存放的呢？其架構關系如圖所示，在這有必要了解一下一些基本的概念。
1、盤面
首先硬盤的每個盤片都有兩個盤面，上下盤面，一般來說每個盤面都是可以存放數據的。每一個盤面都對應一個盤面號，根據順序從上往下從0開始編號。盤面號又被稱為磁頭號，因為每個盤面都需要一個磁頭來進行數據的讀取和寫入。
2、磁道（Track）
磁盤在格式化時被劃分成許多同心圓，這些同心圓叫做磁道（Track）。磁道從外到內從0開始順序編號。這些同心圓磁道不是連續記錄數據，而是被劃分成一段段的圓弧，圓弧的角速度一樣，但是由于距離圓心的長度（徑長）不一樣，線速度不一樣，外圈的線速度比內圈的線速度大，因此在相同的轉速下，外圈的讀寫速度比內圈的快。每段圓弧就是一個扇區，扇區是從1開啟編號，是讀寫的最小單元。
3、柱面（Cylinder）
所有盤面上同一磁道構成一個圓柱，稱為柱面（Cylinder），數據的讀寫是按照柱面來進行的，數據在存放的時候從上往下，依次在同一柱面的不同盤面上寫入數據，在同一柱面的所有盤面都寫入數據后，磁頭才會移動到一個柱面進行數據的寫入。
注意這里的數據的寫入是按照柱面來的，不是按照盤面進行的，因為在選取不同的磁頭的時候進行的是電子切換，而選取柱面必須通過移動磁頭進行機械切換。如果是按照盤面來進行數據存儲的話，會頻繁的切換柱面（機械切換），耗時久讀寫性能差。
4、扇區（Sector）
磁道上劃分為一段一段圓弧，稱為扇區，劃分扇區的目的就是為了使數據存儲更加條理化，就像一個大的倉庫要劃分為不同的房間一樣。一般扇區可以保存512字節的用戶數據。
當需要讀取某個數據時，系統會將數據的邏輯地址發送給磁盤，磁盤的控制電路把邏輯地址翻譯成物理地址，確定要讀的數據在哪個磁道，哪個扇區—-實際上就是通過磁頭找到扇區的過程。
確定柱面，磁頭需要移動到相應的磁道上，這個過程叫做尋道，耗費的時間是尋道時間。
確定扇區，找到了磁道，接下來就是確定磁道上哪個扇區，也就是需要等待盤片旋轉，將目標扇區旋轉到磁頭下，消耗的時間是旋轉時間。
傳輸數據，確定了扇區就可以通過改變讀寫磁頭的極性寫入數據。
總結：一次訪問的請求大概需要由三個動作完成
尋道：磁頭旋轉到指定的磁道
旋轉延遲：等待指定扇區旋轉到磁頭下
數據傳輸，數據在磁盤和內存之間傳輸。
二、固態硬盤
固態硬盤出現也很早，但是因為20世紀末機械硬盤快速發展而被遺忘。早期的固態硬盤是拿RAM內存作為存儲介質，RAM的優點是讀寫速度快，但是缺點也非常的明顯，RAM是易失性存儲介質，電一斷數據就沒了，而且價格也非常的昂貴。隨著技術的發展之后的固態盤開始使用閃存（Flash）作為存儲單元。Flash是一種非易失性存儲介質，在斷電的情況下，也可以保存數據。
工作原理
固態盤簡單來說就是一塊電路板，構成固態硬盤的存儲單元閃存Flash其實是由一個個浮柵晶體管構成的，每一個晶體管對應存儲空間里的一個存儲單元（Cell），常見的Cell有4種類型分別是SLC、MLC、TLC、QLC。
SLC (Single Level Cell)，單層式存儲單元，在SLC中，1個Cell能夠存儲1位數據。
MLC (Multi Level Cell)，多層式存儲單元，在MLC中，1個Cell能夠存儲2位數據。
TLC (Triple Level Cell)，三層式存儲單元，在TLC中，1個Cell可以存儲3位數據。
QLC(Quad Level Cell)，四層式存儲單元，在QLC中，1個Cell可以存儲4位數據。因此同等容量下SLC需要的Cell數量最多成本最昂貴。我們可以簡單來理解一下這三者的區別，固態硬盤就是一個超大的倉庫，倉庫中有很多的存儲單元，一個存儲單元就是一個貨架，SLC類型的貨架上只擺放一個貨物，MLC類型的貨架上可以擺放兩種貨物，TLC類型的貨架上可以擺放三種貨物，QLC類型的貨架上可以擺放四種類型的貨物。
SLC類型的貨架上只擺放了一種貨物，找到貨物的時間最快，QLC類型的貨架上擺放了四種貨物，找貨物還需要挨個檢索一遍耗費時間長，并且QLC類型的貨架使用存儲的貨物多，使用的頻率高容易出錯，也更容易損壞。所以使用的壽命QLC最短，SLC最長，性能SLC最好，QLC最差。
接下來我們來看一下浮柵晶體管是如何保存數據的，計算機的數據最終都是二進制0和1的兩種形式，磁盤是使用磁性顆粒的極性來保存1或0，在固態盤中就采用電荷來保存1和0兩種狀態。比如電荷充滿電表示0，放電后表示1。
固態盤在存儲單元中通過輸入不同的電子的數量改變和讀取每一個單元的導電性能，來實現對數據的讀和寫，簡單的說固態硬盤的寫入就是改變浮柵晶體管中電子數量的過程，讀取就是向晶體管施加電壓獲取不同導電狀態識別數據的過程。
固態硬盤在寫入數據的時候不是直接覆蓋原有的數據，而是要先擦除然后寫入，每個存儲單元中進行擦除寫入后會殘留的電荷，改變其電阻。比如拿鉛筆在白紙上寫字之后拿橡皮擦除，對紙擦寫的次數多了，最終紙會被擦破，浮柵晶體管也是一樣的，擦寫到達一定次數后也就不能使用了。
三、兩者對比
最后我們來看一下兩種硬盤的對比：
對比發現SDD，性能、體積、噪音、震動等方面都優于HDD。雖然在容量、價格和數據安全性等方面比機械硬盤差了那么點，但SSD取代HDD，將是不可阻擋。
如今，機械硬盤碟片技術和磁頭技術方面都沒有突破性的發展，更多的只是在靠堆疊盤片獲得容量上的增長。想要突破創新，難。
反之SSD在體積上，性能上容量上各方面都在不斷的突破，相信在不遠的未來，SSD會全面取代HDD。HDD會像磁帶，軟盤一樣逐漸的消失在人們的視線中。
