【計算機組織與結構】HDD & SSD?

注:本文內容為本人個人見解及網路資料蒐集,並不一定對,請見諒!

  隨著SSD硬碟逐漸普及,普通文書機也開始要求直接加裝SSD,不懂SSD、HDD是什麼的小夥伴們希望這篇文章能讓你們分清這兩者的區別,在選購電腦的時候也可以根據個人的需求去挑選合適的硬碟。

hdd vs ssd what to choose for pc and laptop 6 【計算機組織與結構】HDD & SSD?
圖片來源 : https://teranews.net/zh-CN/hdd-vs-ssd-what-to-choose-for-pc-and-laptop

SSD 與 HDD

  • SSD = 固態硬碟 = Solid-State Disk
  • HDD = 傳統硬碟 = Hard Disk Drive

HDD將資料存在中間的磁盤中,而SSD將資料儲存在上圖中黑色一格一格的快閃記憶體當中。

  傳統硬碟由馬達、儲存資料用的磁盤、讀取資料用的磁頭而組成,由於發明時間早,技術發展十分純熟,現如今價格非常便宜,1TB的HDD甚至不需要1300元。且較SSD好的一點就是,只要磁盤受損不嚴重,存在HDD硬碟中的資料救得回來。但缺點就是它的體積無法縮小、較SSD重,需要較多電力來轉動馬達,也容易產生噪音,更重要的是禁不起晃動(如果磁頭讀取時移動容易造成零件損壞)。

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圖片來源 : http://www.wpgcnc.com/news.php?typeserial=5&state=view&no=1070

  而SSD使用快閃記憶體(Flash memory)存取資料,速度是HDD的幾倍快,且它的優點與HDD的缺點正好相反,SSD體積小、輕、幾乎無噪音、較不耗能、晃動它也沒什麼問題。

HDD 1TB 【計算機組織與結構】HDD & SSD?
Toshiba 1TB HDD $1280 來源 : 原價屋估價

為什麼要用SSD?

因為SSD速度快。
SSD讀取速度為500m/s以上,傳統HDD硬碟約100m/s。
當你從HDD改為SSD,大部分時候都能感受到速度的變化。

開機速度和順暢度這方面,SSD和機械式硬碟差距最大的不是因為讀寫速度,而是因為機械式硬碟有無法突破的機械運動時間,讀寫頭擺動與碟盤轉動的時間,是永遠無法快過SSD的原因。

Youtube評論:https://www.youtube.com/watch?v=NbL231dhnKs

SSD這麼快,那為什麼沒有徹底取代HDD呢?

  1. 壽命:SSD採用快閃記憶體為存取核心,目前技術上來看讀寫的極限不高,對於需要大量使用硬碟的人來說一段時間就要再換一個,這是需要時間克服的技術面。
  2. 價格:SSD比起HDD算是新型技術,且優質的廠商不過幾家,因此價格會較HDD高上許多。(雖然隨著時間SSD的價格越來越平民了… )
  3. 故障救不回來。因此現在大部分都是採SSD+HDD的模式,SSD(C槽)存放平時用到的軟體,HDD(D槽)存放重要資料及備份。

  推薦C槽裝SSD 250GB – 500GB,D槽HDD 1TB↑用來存放重要資料及遊戲,安全性較高,因為SSD故障是無法資料救援的。不過若你希望遊戲載入速度快點、遊玩流暢些,裝在SSD倒也沒關係…就是盡量把SSD容量升高點。

Flash顆粒

  SSD由flash顆粒組成,顆粒會影響SSD的性質,不同的顆粒組成的SSD在速度及價格上會有差異,顆粒分成SLC、MLC、TLC、QLC四種,這四種flash的儲存資料方式分別是每個儲存空間存1bit、2bit、3bit和4bit的資料。而這些英文字母你可以簡單理解為:S(單層)、M(雙層)、T(三層),Q(多層)

  SLC:每個儲存空間存1bit的資料,只用0、1兩種電壓的變化來儲存資料,非常昂貴,非常快,具有大量的寫入周期。而同樣大小空間內SLC能存的資料最少,因此成本最高。即使品質最好,在市場中依然不普及。

  而QLC SSD在一個儲存空間存了4bit資料,它的壽命短、品質差,但價格非常便宜

  以耐用性來說SLC>MLC>TLC>QLC,但目前市面上已經沒有SLC,MLC也漸漸淡出市場,因此目前市面上大部分的SSD是TLC或QLC顆粒,所以其實消費者也沒辦法選擇,目前的主流就是TLC顆粒,但未來會是QLC顆粒。

引用自:我適合什麼樣的SSD固態硬碟?十分鐘好好看懂怎麼分怎麼挑!【電腦組裝】SSD固態硬碟的選購與推薦

SSD介面

桌上型電腦主機板主要有三種的地方可以加裝SSD,分別為M.2、SATA、PCIe

【計算機組織與結構】HDD & SSD?

SATA介面

  老電腦升級最佳選擇。SATA介面是目前SSD應用最為廣泛的一種介面。 SATA孔還有分SATA2、SATA3,目前新的主機板都只有採用SATA3接口,SATA 2與3的接口形狀一樣,SATA3向下兼容SATA2,兩者區別於傳輸速度。

  相比於其它介面,SATA介面最大的優勢便在於它的相容性。目前,幾乎所有的電腦都配置了SATA介面,也就是說,幾乎所有的電腦都能夠支援SATA介面固態硬碟升級。當然,SATA介面固態硬碟的表現也並不差,相比於傳統機械硬碟而言,在隨機讀寫速度上都有巨大的速度提升。不過,由於SATA介面的最大傳輸速度的限制,因此,SATA介面固態硬碟的讀寫速度普遍只能夠達到500MB/S左右,在隨機讀寫速度上,一般也不超過10萬IOPS,這對於有些人而言,顯然是無法滿足的。

每個主機板上長這樣的L型插孔就是SATA插槽

SATA街口 【計算機組織與結構】HDD & SSD?
SATA 1 【計算機組織與結構】HDD & SSD?
2.5吋SATA SSD 【計算機組織與結構】HDD & SSD?
目前市面上2.5吋的SSD都採用這種SATA傳輸孔

mSATA介面

  是為針對超極本等裝置的使用而開發的介面,通俗點講就是縮小版的SATA固態硬碟,在本質上仍然是SATA固態硬碟。不過,由於它不僅僅擁有SATA固態硬碟的速度限制的缺點,又沒有了SATA固態硬碟的相容性和通用性,所以它很快就被淘汰,將市場讓給了M.2介面SSD。

PCI-E介面

  成本高,價格貴,佔用介面爲了解決SATA固態硬碟的速度瓶頸,很多固態硬碟品牌便將目光瞄向了電腦主機板上的PCI-E介面,希望通過PCI-E比SATA大得多的頻寬來獲得更快的速度。實際結果也不負期待,PCI-E介面固態硬碟的速度也的確非常快。 只是,出於體積、相容性和製造成本的限制,再加上會佔用主機板介面和匯流排,所以它注定無法大面積普及,目前,市面上的PCI-E介面固態硬碟並不多,對於對速度要求比較苛刻。

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PCI-E SSD

  注:PCI-E與PCI插槽是不一樣的,PCI插槽通常都是一樣大小,常為白色;PCI-E插槽有x1 x4 x8 x16這四種常見規格,而x16最常拿來插顯卡。

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PCI與PCI-E插槽

圖片來源 : 深入PCI与PCIe之一:硬件篇

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PCI-E插槽常見的四種規格

圖片來源 : 深入PCI与PCIe之一:硬件篇

M.2介面

  是一種比較新的介面,用來取代舊式的mSATA,不只可以裝SSD,還可以接網路、音訊卡等等,同時支援包含SATA、PCIe等多種的通道,不同的功用會用不同的針腳形式做區分。

  未來將會一統江湖 M.2介面顯然才是現在固態硬碟發展的主力。從目前市面上的固態硬碟來看,支援 M.2 SSD 之插槽共計有兩種類型:Socket2(B Key)Socket3(M Key)

  B Key支援PCIe x2、SATA、USB、音訊…等;M Key則有支援到PCIe x4和SATA…等。雖然兩個都有同時支援PCIe和SATA,但它採用哪個通道主要還是取決於它的主控晶片。

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圖片來源 : https://www.youtube.com/watch?v=NbL231dhnKs

  對應以上插槽之 M.2 SSD,其腳位並非 B key 與 M key,而是具有兩個防呆缺口的 B+M key 型式,以及僅有一個缺口的 M key 型式。

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  以此,兩種插槽對應兩種腳位型式,共有四種排列組合。對於 B key 插槽而言,B+M key 之 SSD 可以順利插入,而 M key 腳位之 SSD 則無法順利安裝。而在 M key 插槽之前提下,無論是 B+M key 或 M key 之 SSD,皆可順利安裝。

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圖片來源 : https://www.autobuy.tw/article_f85d01

  走SATA全都是採用B&M Key,可相容於B Key 和M Key插槽;走PCIe通道絕大多數採用M Key 少數採B&M Key。目前市面上的主機板大部分都採用M Key插槽,先了解主機板提供哪種通道再挑選SSD即可。

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SSD通道

  一開始查資料的時候被通道和介面搞得頭昏腦脹,怎麼介面有SATA通道又有SATA,PCIe到底是介面還是通道…?我相信大部分人剛開始也都會遇到這樣的狀況,不知道取名的人為何要這樣取…那就先來說一下SSD相關的專有名詞。

SSD相關的專有名詞
.介面:Sata(舊)、M.2(新)
.通道:Sata(窄)、PCIe(寬)
.協議:ACHI(慢)、NVMe(快)
.速度:Sata上限500MB/s、M.2則是500MB/s以上

  SATA跟PCIe是我們使用SSD會走的兩種通道,SATA速度比較慢,PCIe速度比較快。兩者都有規格版本的速度差異,目前市面上最常見的規格如下,3.0向下兼容2.0版。

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圖片來源 : https://agirls.aotter.net/post/55902

  PCIe以透過增加通道數,讓速度變成好幾倍。雙通道速度2倍,四通道速度4倍。在詳細規格中,如果看到PCIe 3.0 x2、PCIe 3.0 x4,就是雙通道、四通道的意思。

簡而言之,
2.5吋的SSD–>接SATA接口 (介面) –>走SATA通道
裝在PCIe上的SSD–>接PCIe接口 (介面) –>走PCIe通道
M.2 SSD–>可能走SATA通道,也可能走PCIe通道。
所以在走哪個通道前,要確保硬體端的M.2插槽可以接上去,以及軟體方面電腦跟SSD都可以走這個通道才行。

ROG STRIX B360-H GAMING主機板舉例:
  這個主機板有兩個M.2插槽,上面的支援SATA及PCIe 3.0 x 2,下面的支援PCIe 3.0 x 4

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隨便在PChome挑了兩個SSD,這個是M.2 2280 SATA,因此要插在上面支援SATA的M.2插槽。

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而這個是M.2 PCIe Gen 3 x 4,就要插到下面那個支援PCIe 3.0×4的M.2插槽。

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傳輸協定

分為AHCINVMe

  • AHCI(Advanced Host Controller Interface,進階主機控制器介面) —較舊的協議,專為HDD和SATA而設計,無法發揮出SSD最大的實力。
  • NVMe(非易失性內存Express)—是針對現在速度比較快的SSD量身打造出的協定,NVMe只能在PCIe通道上進行。現在新出的M.2 PCIe SSD多半採用NVMe協定,比起一般的M.2 PCIe SSD速度來的更快。

  除了品牌,最好購買M.2接口,支持NvME的固態硬盤。 SATA接口的固態硬盤只支持ACHI接口,和M.2支持NvME接口的固態硬盤在傳輸率,尤其是小文件傳輸時性能差別很大。

推薦閱讀:NVMe比SATA接口的SSD究竟快在哪里?

總結

  • SATA SSD硬碟兼容性高、較便宜,但相對性能較差。
  • PCIe SSD電池壽命較差、高性能、較貴。

AHCI與NVMe協定:
建議使用NVMe,因為AHCI較舊,且專為HDD和SATA而設計,當你使用PCIe SSD時可能無法發揮出它的最大潛力。

推薦觀看下方的影片來更簡單的理解SSD↓

參考資料

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