存儲市場上一直存在固態(tài)硬盤（SSD）和機(jī)械硬盤（HDD）的競爭。論綜合性能，SSD遠(yuǎn)高于HDD，是大家選購存儲設(shè)備時的理想選擇。早期消費(fèi)級SSD存儲容量一般不高，并且價格昂貴，讓很多消費(fèi)者望而卻步。不過這兩年，消費(fèi)級SSD的存儲容量不斷提高，目前市場上也有4TB的產(chǎn)品可選；同時SSD的價格也在不斷下跌，眼下采用原廠TLC顆粒的500GB固態(tài)硬盤售價也降到了300多元。SSD的這些進(jìn)步令HDD的處境越來越尷尬。
不過，盡管SSD取代HDD的聲音越來越大，但在存儲容量以及價格上的客觀優(yōu)勢，HDD還是有的，并且它越來越偏向于被網(wǎng)友當(dāng)做長期備份和存儲數(shù)據(jù)資料的數(shù)據(jù)倉庫來使用。在今天數(shù)據(jù)信息爆炸的年代，相信很多人都有大量可能不經(jīng)常使用但又舍不得刪除的資料需要長期保存，這些資料需要單獨(dú)的硬盤來存儲，機(jī)械硬盤，目前來講是存放這些資料的最合適的選擇。在這種場景下，硬盤容量的重要性很高，而在給HDD擴(kuò)容的道路上，廠商們做過很多嘗試，其中有PMR和SMR的區(qū)別?；蛟S很多小伙伴對此并不了解，今天IT之家就為大家介紹一下機(jī)械硬盤PMR和SMR兩種技術(shù)的區(qū)別。
1、機(jī)械硬盤運(yùn)行的原理
目前很少有廠家會在機(jī)械硬盤的產(chǎn)品包裝中注明該產(chǎn)品采用的是PMR還是SMR技術(shù)，對于HDD來說，這是一項比較深的技術(shù)參數(shù)，但是如果消費(fèi)者購買不當(dāng)?shù)脑挘谝恍┦褂脠鼍跋逻€是會比較坑的。而如果想更清楚地了解PMR以及SMR的區(qū)別，還是要從機(jī)械硬盤基本的結(jié)構(gòu)原理說起。
如圖，是一個機(jī)械硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，它的主要部件包括主軸、磁盤、磁頭，其他部件包括空氣過濾片、音圈馬達(dá)、永磁鐵等。
其中，主軸下方包含馬達(dá)電機(jī)以及軸承；
磁盤又被稱作盤片，多采用鋁合金材料，被固定在主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，工作的時候磁盤會隨著主軸進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，并且通常硬盤內(nèi)的盤片數(shù)量都不止一片，當(dāng)然，也不會很多。磁盤是用來存儲數(shù)據(jù)的，具體如何存儲數(shù)據(jù)，是我們后文要說的重點(diǎn)。
磁頭和磁頭臂是是一個整體，磁頭主要負(fù)責(zé)讀寫數(shù)據(jù)，在硬盤驅(qū)動器的控制下，磁頭工作時會在盤面上快速移動，準(zhǔn)確定位到指令要求定位的磁盤磁道上。
這三者是硬盤能夠讀取、存儲數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，而其中關(guān)鍵中的關(guān)鍵，就是磁盤。磁盤的外觀和我們見過的光盤類似，是數(shù)據(jù)的載體，因此我們有必要了解其內(nèi)部數(shù)據(jù)的組織和管理結(jié)構(gòu)。
我們以單一的磁盤來看，它被劃分為由一圈一圈同心圓組成的磁道，當(dāng)然，這些磁道窄而密集，通常一個盤面就有上千條磁道。這些磁道肉眼顯然是看不到的，但我們可以腦補(bǔ)它確實可以在盤面上看到：
我們用簡單的圖例來表示，在下面這張圖中，兩個同心圓中空白的部分就是磁道，你可以理解為學(xué)校操場上的跑道。磁盤最外圍的磁道我們稱為0磁道，硬盤數(shù)據(jù)的存放就是從最外圍的0磁道開始的；由此向內(nèi)數(shù)，下一個磁道就是1磁道，然后是2磁道……
同時，這些由同心圓組成的磁道并不是連續(xù)的，它們被橫向地劃分成了一道一道的圓弧，每一段磁道形成的圓弧，就叫做扇區(qū)，而在同一個圓心角范圍內(nèi)的扇區(qū)組成了一個扇面。具體在上面的圖片中可以清楚看到。
扇區(qū)是操作系統(tǒng)在硬盤上存儲信息的具體形式，一個扇區(qū)包括512個字節(jié)的數(shù)據(jù)和其他的標(biāo)記信息，例如標(biāo)記扇區(qū)三維地址的信息方便尋址，還有“不良扇區(qū)”的標(biāo)志等等。
這里還有一個概念，就是柱面。我們剛才說過，一個硬盤中的磁盤通常不止一個，并且這些磁盤規(guī)格以及磁道分布都是一樣的，所以，不同盤面上的同一磁道，可以構(gòu)成一個圓柱，這個柱體就叫做柱面。IT之家這里就不針對柱面展開細(xì)說了，大家只需要知道，數(shù)據(jù)的讀取和寫入都是按柱面的順序進(jìn)行的，而不是按照盤面順序就行了。
接下來就是磁頭了，它是硬盤讀寫信息的關(guān)鍵部件，主要作用，就是將存儲在硬盤盤片上的磁信息轉(zhuǎn)化為電信號向外傳輸。
磁盤，也就是盤片，為什么能夠存儲信息？這其實和磁帶的原理比較相似，在磁盤的表面，涂有一層薄薄的磁性材料，磁盤本身是鋁合金材質(zhì)，也有企業(yè)嘗試過玻璃材質(zhì)，磁性材料在磁盤表面可以涂敷得非常平整。而磁頭，通俗來講是用線圈纏繞在磁芯上制成的，寫入數(shù)據(jù)的時候，磁頭上的線圈通電，在周圍產(chǎn)生磁場。高中物理中學(xué)過，改變電流的方向，磁場的方向也會改變，而磁場會磁化磁盤表面的磁性物質(zhì)，使它們按照磁場的方向排列。切換不同的磁場方向，不同的磁性微粒也會有不同的方向，就可以用來表示“0”和“1”，我們知道，計算機(jī)中的數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制的形式存在的，恰好，可以用這個方法來寫入二進(jìn)制的原始數(shù)據(jù)。
同理，讀取數(shù)據(jù)的時候，磁頭線圈切割磁場線產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁性材料的磁場方向不同，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向也不同，磁頭就可以通過感應(yīng)旋轉(zhuǎn)的盤片上磁場的變化來讀取數(shù)據(jù)。
基本的原理很簡單，但實際操作起來當(dāng)然要求是需要很高的。首先，磁頭需要采用特別的材料制作，因為它需要對磁感應(yīng)非常敏感，并且要求極高的精密度，因此磁頭的制造工藝和材料都不能隨意；其次，硬盤工作時，磁頭是不與高速旋轉(zhuǎn)的磁盤表面接觸的，而是以非常微小的距離飛行在磁盤表面，這樣一來可以不讓磁頭擦傷盤面的磁性涂層，同時也不讓磁性涂層損傷磁頭；還有就是，在這種高速、精密的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，必須保證高度無塵，一旦進(jìn)入灰塵，就有可能碰傷磁頭或者劃傷磁盤表面的磁性涂層，導(dǎo)致硬盤數(shù)據(jù)丟失甚至損壞。
所以通常硬盤的內(nèi)部都是密封的，在前面硬盤結(jié)構(gòu)的圖示中，我們也看到其外圍還有一層空氣過濾片。
2、PMR和SMR技術(shù)的區(qū)別
對于機(jī)械硬盤而言，容量的需求很高，怎樣提高硬盤的容量呢？這就要回到機(jī)械硬盤存儲數(shù)據(jù)的原理了。IT之家在上一部分已經(jīng)講過，數(shù)據(jù)是存放在硬盤內(nèi)部一張一張磁盤盤片上的，具體是存儲在盤片磁道上的扇區(qū)中。所以提升硬盤的整體容量有三個方法：第一是增加磁盤的數(shù)量，第二是增加磁盤的面積，第三是增加每個磁盤上存儲數(shù)據(jù)的密度。
前面兩種方法勢必會令硬盤整體體積增加，現(xiàn)代計算機(jī)硬盤的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格是3.5英寸，還有2.5英寸筆記本硬盤也比較普遍，另外還有用于超薄筆記本電腦的1.8英寸微型硬盤、1.3英寸微型硬盤等等，硬盤的尺寸規(guī)格是標(biāo)準(zhǔn)化的，隨意增大或減小都可能帶來不利影響。再進(jìn)一步，硬盤內(nèi)的盤片也不是越大越好，越大的磁盤，高速旋轉(zhuǎn)時慣性越大，穩(wěn)定性越低，所以轉(zhuǎn)速上不去。
所以，增加硬盤容量，最好的方法似乎是提升單個磁盤數(shù)據(jù)存儲的密度。為了實現(xiàn)這個目的，硬盤廠商工程師們想了很多辦法。
我們已經(jīng)知道，磁頭通過感應(yīng)盤片上磁場的變化來讀取數(shù)據(jù)；通過改變盤片上的磁場來寫入數(shù)據(jù)，以磁場方向的不同來記錄0和1。在早期，磁盤上每個存儲位的磁性粒子是平鋪在盤面上的，磁感應(yīng)的方向也是水平的。這種感應(yīng)記錄方式被稱為LMR（Longitudinal magnetic recording），也就是水平磁性記錄，這種方式有一個缺點(diǎn)，就是比較占面積，另外當(dāng)磁粒過小，相互靠得太近，磁性就很容易受到熱能的干擾，令方向發(fā)生混亂。所以，LMR的時代，單個磁盤能夠存儲的數(shù)據(jù)有限，整個硬盤的容量也就存在瓶頸。
為了解決這個問題，后來人們想了一個辦法，原來磁感應(yīng)的方向不是水平的嗎？如果讓磁性粒子和磁感應(yīng)的方向相對盤片垂直，這樣不就能騰出很多空間了？于是人們發(fā)明了這種垂直磁性記錄的方法，叫做PMR（Perpendicular Magnetic Recording），在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家還利用了熱輔助磁記錄技術(shù)，來提高在高密度下的信息寫入能力。這種技術(shù)采用了一種熱穩(wěn)定記錄介質(zhì)，通過在局部進(jìn)行激光加熱，來短暫減小磁阻力，從而有效提高磁頭在微場強(qiáng)條件下的高密度信息寫入能力。
▲gif來源：Youtube視頻博主TED-Ed
在PMR技術(shù)的幫助下，硬盤的存儲容量得到了很大的提升，3.5英寸的硬盤，單碟磁盤的容量高可達(dá)1TB左右，這本質(zhì)上是磁盤內(nèi)信息存儲的密度大大提升。
不過隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，信息數(shù)量爆炸式增長，人們要存儲的東西也越來越多，漸漸的，PMR技術(shù)的硬盤，容量也不大夠用了。
怎么辦呢？
還有沒有辦法進(jìn)一步提高磁盤信息記錄的密度？
有。
不過這次科學(xué)家們想出來的辦法有些奇特，并且也不像PMR那樣完美，就是Shingled Magneting Recording（SMR）技術(shù)，又叫疊瓦式磁記錄技術(shù)。
這項技術(shù)是怎么做的呢？前面我們說到，磁盤是被劃分為一圈一圈微小的磁道來記錄數(shù)據(jù)的，這些磁道之間并不是連續(xù)的，而是磁道與磁道之間存在一個保護(hù)距離，從而不讓不同磁道的數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾。
硬盤工作的過程也就是磁頭在磁道上讀取和寫入數(shù)據(jù)的過程。
不過，現(xiàn)實中有一個情況，就是硬盤信息的讀取和寫入是兩種不同的操作，所以讀取磁頭和寫入磁頭也是不一樣的?，F(xiàn)代硬盤主要采用的是分離式磁頭結(jié)構(gòu)，寫入磁頭仍是傳統(tǒng)的磁感應(yīng)磁頭，比較寬，讀取磁頭則是新型的MR磁頭（磁阻磁頭），比較窄，磁道在劃分的時候，當(dāng)然要滿足最寬的標(biāo)準(zhǔn)。但是寫入磁頭在工作的時候，實際上對于每個磁道，其寫入信息的寬度是和讀取的寬度一樣的，這樣，磁道的空間就存在浪費(fèi)的情況。
怎么解決這個問題呢？
科學(xué)家們想到了一個“極限操作”，他們將磁道“被浪費(fèi)”的一小部分重疊起來，就像咱們屋頂上疊加的瓦片一樣。寫入的時候沿著每條磁道上方進(jìn)行寫入，中間留下一小段保護(hù)距離（保護(hù)距離其實也縮小了），再寫下一條磁道。如此一來，磁盤上磁道的密度大大增加，可以存儲的信息量自然也比PMR硬盤明顯更多。
當(dāng)然，極限操作畢竟不像常規(guī)操作那樣穩(wěn)妥，SMR技術(shù)下，磁盤可以存儲的信息量大大增加了，但是缺點(diǎn)也很明顯。首先是磁盤上的信息變得如此高密度，轉(zhuǎn)速自然也不宜太快。所以SMR硬盤的轉(zhuǎn)速一般都不快。
其次就是，對于SMR硬盤而言，單純的讀寫看起來很OK，但是如果想要修改某個磁道上的數(shù)據(jù)就比較麻煩了，因為磁道間隙比較小，而磁頭比較寬，這樣例如修改2磁道的數(shù)據(jù)，就必然會影響相鄰的3磁道的數(shù)據(jù)。
解決這個問題有兩個途徑，一個是每重疊一部分磁道時，隔開一些距離，另一個就是設(shè)置一些專用的緩沖區(qū)，當(dāng)修改2磁道的數(shù)據(jù)時，先把3磁道的數(shù)據(jù)取出來放到緩沖區(qū)中，等2磁道的數(shù)據(jù)改完了，再將3磁道的數(shù)據(jù)放回去。
看起來是一個很復(fù)雜的過程，所以SMR硬盤通常都具有一個特點(diǎn)：大緩存，一般能達(dá)到256MB的緩存，而普通PMR硬盤的緩存通常只有64MB。也正是由于這個過程比較復(fù)雜，所以在修改處理大量數(shù)據(jù)的時候會比較慢，時間久了對硬盤的讀寫性能會造成影響，甚至影響硬盤的壽命，造成數(shù)據(jù)損壞丟失等問題。
所以，相較于PMR的硬盤，SMR硬盤是不適合用來當(dāng)做系統(tǒng)盤或者需要頻繁讀寫的硬盤來用的，它更適合當(dāng)做小編在開頭所說的倉儲盤來使用，用來備份、留存一些數(shù)據(jù)。盡管現(xiàn)在硬盤的整體壽命已經(jīng)有了很大的提升，但是當(dāng)你要選購硬盤作為計算機(jī)主力硬盤時，還是應(yīng)該盡可能避免買到SMR硬盤。
3、如何區(qū)分自己的硬盤是PMR還是SMR？
不過，比較尷尬的是，目前硬盤企業(yè)在產(chǎn)品包裝上基本上是不會告訴你這塊硬盤采用的是PMR還是SMR技術(shù)的，這就需要我們自己去辨別。網(wǎng)上很多小伙伴根據(jù)自己的自身經(jīng)歷以及經(jīng)驗常識，整理了一些方法來幫助大家辨別，這些方法只能作為參考，并不能百分百確定硬盤是PMR還是SMR技術(shù)。IT之家小編認(rèn)為，最好的方法還是盡可能聯(lián)系硬盤所屬品牌的官方客服進(jìn)行詢問，這樣得到的答案更為準(zhǔn)確。當(dāng)然如果你實在聯(lián)系不上客服，那么小編也將網(wǎng)友整理的方法列在下方，供大家參考。
1、看容量。SMR是為了追求硬盤容量而產(chǎn)生的方案，所以SMR硬盤的容量一般是比較大的。通常來說，3.5寸硬盤大于1TB，或者2.5寸硬盤大于500GB的，就有可能是SMR硬盤了。
2、看緩存。剛才我們說到，SMR的技術(shù)特點(diǎn)導(dǎo)致它的緩存通常比較大，通常是128MB起步的。不過這個也不是定數(shù)，也有些SMR硬盤產(chǎn)品緩存比較小，只有64MB，但很少見，當(dāng)然也有一些高端的PMR硬盤容量很大，緩存也能達(dá)到256MB。
3、還有一個辦法是根據(jù)硬盤的總?cè)萘坑嬎忝科疟P的容量，硬盤的磁盤片數(shù)大家需要到對應(yīng)品牌官網(wǎng)上去查找技術(shù)文檔，如果這個品牌的產(chǎn)品沒有提供技術(shù)文檔，也可以尋找官方的客服解決。當(dāng)然，如果你聯(lián)系上了客服，或許可以直接詢問該產(chǎn)品是PMR還是SMR盤了。
當(dāng)你了解了每碟磁盤的容量時，可以大概估摸硬盤是SMR還是PMR了。通常2.5寸一般每碟是500G左右，大的也能到1TB，而3.5寸一般是1TB左右，大的話有1.5TB。
4、最后，Chiphell論壇有網(wǎng)友整理了市售3.5英寸SATA HDD的技術(shù)參數(shù)（點(diǎn)此前往），涵蓋了目前市面上絕大部分的3.5英寸機(jī)械硬盤，其中就有硬盤是采用PMR技術(shù)還是SMR技術(shù)的信息，這份列表也可供大家參考。
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