很多小伙伴只知道固態硬盤比機械硬盤“快”。

但是究竟“快”在哪里?

為什么固態硬盤比機械硬盤快?

其實，就在于固態硬盤和機械硬盤完全不同的工作原理，決定了兩者的速度差異。

今天就讓我們一起學習一下吧~

1. 機械硬盤的工作原理

機械硬盤的內部結構主要由馬達、磁盤、磁頭臂、磁頭組成。

機械硬盤在工作的時候，磁頭會懸浮于磁盤面上方幾納米的距離。磁盤面上有很多的小格子，小格子內有很多的小磁粒。

這些磁盤上的磁粒有一定的極性，當磁粒極性朝下的時候記為0，磁粒極性朝上的時候記為1，這樣磁頭就可以通過識別磁盤磁粒的極性讀取數據了。

而磁頭也可以利用其變化的磁場改變磁盤磁粒的極性，這樣就做到寫入和改寫磁盤數據了。

為了能夠精準定位數據所在磁盤面上的位置，磁盤本身又被劃分了無數的扇區和磁道。

假設：

數據存放在磁盤的第五磁道的第七扇區上：

那磁頭就會先擺動到第五磁道上空，然后等待第七扇區轉過來。當第七扇區轉到磁頭下面的時候，才可以讀取數據。

這就是機械硬盤的工作原理，也正是因為機械硬盤是利用磁性極粒來存儲數據的，所以機械硬盤通常又被稱作磁盤。

而固態硬盤同機械硬盤的工作原理完全不同，固態硬盤采用純電子結構。

2. 固態硬盤的工作原理

固態硬盤存儲數據的基本單元叫浮柵晶體管，基本結構有：存儲電子的浮柵層，控制極G、襯底P、源極D與漏極S。

我們將浮柵層中的電子數量高于一定值計為0，低于一定值計為1。

那固態硬盤具體是如何工作的呢?接著往下看吧~

寫入數據

寫入數據時，需要在控制極G施加一個高壓，這樣電子就可以穿過隧穿層，進入浮柵層，因為有絕緣層的存在，電子不能再向前移動了，就被囚禁在了浮柵層。

而當我們把電壓撤去，這些電子依然會被囚禁在浮柵層，因為隧穿層本質上也相當于絕緣體，所以電子們只能被關押著，這樣一位數據就被存儲進去了。

這些電子能被“囚禁”多長時間也就是固態硬盤能夠存儲數據的年限，一般一塊新的固態硬盤能夠保存數據的年限為10年。因為隨著時間的流逝，不斷地有電子“越獄”成功。

等“越獄”的電子多到一定的數量，我們保存的數據就不見了。

擦除數據

我們擦除固態硬盤上的數據其實就是在釋放這些可憐的電子，即在襯底上施加高壓，這樣電子被吸出來，信息也就被擦除了。

通過上面的描述，我們了解了數據的寫入和擦除過程。

那么又是如何讀取數據的呢?

讀取數據

關于它讀取數據的原理也非常簡單。

當浮柵層中不存在電子時(存儲數據為1)，我們給控制級一個低壓，由于電壓低，電子只能被吸引到靠近隧穿層的位置，卻無法穿過隧穿層，因而源極漏極可以導通，形成電流。

如果檢測到電流，那么說明它沒有儲存電子，則讀取數據為1。

當浮柵層中存在電子時(存儲數據為0)，我們還給控制極一個低壓，由于浮柵層里面的電子對這些電子有排斥作用，所以電子無法被吸引到靠近隧穿層的位置，源極漏極不會導通，不會形成電流。

如果無法檢測到電流，那么說明浮柵層儲存一定量電子，則讀取數據為0。

無數的浮柵晶體管堆疊在一塊就可以存儲大量的0和1，它們就類似于圖書館當中的書架一樣，存儲著無限的0101數據。

相對于機械硬盤這種機械結構，固態硬盤這種純電子結構在存取速度方面的優勢就非常突出。

在機械硬盤在讀取數據之前，需要先擺動磁頭臂到對應的磁道上方，再等待對應的扇區轉過來。

盡管目前的機械硬盤大部分都是7200轉/分鐘或者5400轉/分鐘的，看起來已經很快了，但是這兩個操作依然會導致大約十幾毫秒的延遲。

這種延遲對于人類來講確實微不足道，但是對于計算機內存和CPU來講，就確實會產生顯著影響。

而固態硬盤全程都是電子交互，電子信號的速度要遠超磁頭臂和磁盤這種機械結構。

如果你的數據是隨機分散在磁盤的各個角落，那機械硬盤需要經過多次的尋道和尋址，多次等待扇區轉動到磁頭底下，所以機械硬盤在讀取分散性文件的時候，性能就顯得非常弱，速度很慢，即隨機讀寫性能低下。

了解固態硬盤的原理之后想必你一定知道為什么固態硬盤有擦寫次數限制？