电脑存储设备，固态硬盘介绍，usb接口

简介

存储设备分为两大类主存和辅存，另外还有专门提供存储服务的网络存储

主存储器

随机存取存储器（RAM, Random Access Memory）
- 特点：高速、易失性存储器，断电后数据丢失。
- 用途：临时存储正在使用的数据和程序，提高系统运行速度。
- 类型：
  - DRAM（Dynamic RAM）：常见类型，需要定期刷新以保持数据。即内存条
  - SRAM（Static RAM）：速度更快，不需要刷新，但更昂贵，主要用于CPU中的缓存。
只读存储器（ROM, Read-Only Memory）
- 特点：非易失性存储器，断电后数据不会丢失。
- 用途：存储固件（如计算机的BIOS）和不可更改的数据。
- 类型：
  - PROM（Programmable ROM）：可编程一次。
  - EPROM（Erasable PROM）：可紫外线擦除和重新编程。
  - EEPROM（Electrically Erasable PROM）：可电擦除和重新编程。

辅助存储器

这里主要介绍固态硬盘和U盘

机械硬盘（HDD, Hard Disk Drive）
- 特点：机械结构，磁性存储，容量大，成本低，但速度较慢。
- 用途：主要用于长期存储大量数据。
- 工作原理：通过旋转磁盘和磁头的读写操作存取数据。
固态硬盘（SSD, Solid State Drive）
- 特点：无机械部件，基于闪存技术，速度快，抗震性好，价格较高。
- 用途：替代传统硬盘，提高系统性能和启动速度。
- 类型
  - SATA SSD：使用SATA接口，速度相对较慢。
  - NVMe SSD：使用PCIe接口，速度更快。
U盘（USB Flash Drive）
- 特点：便携式、基于闪存技术、通过USB接口连接。
- 用途：临时存储和传输数据。
光盘存储设备
- CD（Compact Disc）：用于音乐和数据存储，容量约700 MB。
- DVD（Digital Versatile Disc）：用于视频和数据存储，容量为4.7 GB（单层）或8.5 GB（双层）。
- Blu-ray Disc：用于高清视频和数据存储，也就是蓝光碟片，容量为25 GB（单层）或50 GB（双层）。
磁带存储设备
- 特点：容量大，成本低，速度慢，主要用于数据备份和归档。
- 用途：长期数据存储，企业级备份解决方案。
存储卡
- SD卡（Secure Digital Card）：广泛用于数码相机、智能手机等。
- microSD卡：体积更小，广泛用于智能手机和平板电脑。

网络存储设备

网络附加存储（NAS, Network Attached Storage）
- 特点：通过网络提供存储服务，易于共享和管理。
- 用途：家庭和小型企业的数据存储和共享。
存储区域网络（SAN, Storage Area Network）
- 特点：高性能存储网络，通常用于大型企业。
- 用途：提供集中式存储管理和高性能数据访问。

内存条

内存条，即内存DRAM，主要衡量标准是内存颗粒的好坏，体现为内存频率的高低，但内存频率对使用体验影响没有那么大，受cpu限制，而且不同的内存的频率都没有太大的变化，所以简要了解。

另外，同样的内存需求，如16GB，最好使用2*8GB，就可以拥有两倍的内存带宽

我们常见的DDR3和DDR4是两代不同的动态随机存取内存（DRAM）技术

DDR3

频率：常见频率范围为800 MHz至2133 MHz。
电压：工作电压为1.5V，低电压版本（DDR3L）为1.35V。
时序：较低频率内存的时序较短，常见的CL值为9-11。
带宽：每引脚最大数据传输速率为2133 MT/s（百万次传输每秒）。
容量：单个内存条最大容量通常为8GB或16GB。
物理尺寸：标准的DIMM（Dual Inline Memory Module）尺寸。
功耗更高

DDR4

频率：常见频率范围为2133 MHz至3200 MHz及以上。
电压：工作电压为1.2V，低电压版本（DDR4L）为1.05V。
时序：虽然时序值（如CL值）较高，但整体延迟时间更短，常见的CL值为15-19。
带宽：每引脚最大数据传输速率为3200 MT/s及以上。
容量：单个内存条最大容量通常为16GB、32GB甚至更高。
物理尺寸：与DDR3相似，但引脚排列和间距不同。
价格更高

固态硬盘

硬盘大小

买到的硬盘大小插到电脑上为什么会变小？由两个方向的原因

表面原因

这也是最常见的原因，即单位换算

所示硬盘厂商的大小是按十进制，而操作系统是2进制

于是只能用1024来表示1000

于是硬盘大小1TB实际上在操作系统上是 $
\frac{1000^4}{10243} = 931. 32\text{GiB}$

实际原因

因为固态硬盘颗粒擦写的次数过多，就会导致性能下降。于是固态硬盘的主控就需要对空间进行优化，让所有颗粒的负载均衡。同时需要进行垃圾回收，所以需要一个中转站，所以预留了这一部分空间便于执行操作

传输速率

传输速率主要有下面三个原因影响

总线 硬件与cpu交互数据的途径，由主板提供，总线时间单位里能传输的数据量为带宽，限制传输速度的最主要因素，下面是各协议的速度上(在windows系统上的显示)

SATA 550MB/s
大部分为PCIe3.0*4=4GB/s,PCIe4.0*4=8GB/s，PCIe的接口长度跟传输速率成正比，显卡一般使用PCIe*16

协议规矩，即如何识别对方，如何建立连接，数据编码解码方式，电压电流等，早期的IDE已经淘汰，后面不涉及。不同的协议有不同的传输速度

接口用来硬盘，跟带宽一样限制速度

SATA为传统比较慢的接口
M2一般为民用的，PCIe一般是超高性能的硬盘
SAS是升级版的SATA，同时支持一个分流到多个，能够满足低速率，多硬盘的服务器需求。而U2是升级版的SCSI，兼容PCIe。二者都能向下兼容SAS

总线做媒介，协议做沟通，物理接口做连接

现目前市面上的接口如下，其中SCSI协议为服务器用

这些接口基本都是分为两部分，一方面是为了安装时防傻不防呆

而如sata，两部分分别传输电能和数据，而m2的金手指同时承担数据和输电功能

U盘

USB闪存盘（USB Flash Drive），与前面固态硬盘的各种接口相比，u盘的接口就只有一个，但是却有各种各种不同的版本

USB接口

形状

USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种用于连接计算机及其外部设备的标准接口。它广泛应用于计算机、智能手机、外设（如鼠标、键盘、打印机）、存储设备（如U盘、外置硬盘）等。以下是USB接口的几种主要版本及其特点：

USB Type-A

最常见的USB接口类型
常用于计算机和大多数外围设备

USB Type-B

通常用于打印机和其他大型设备
有多个变种，如标准B型、迷你B型和微型B型

USB Type-C

新一代USB接口，支持正反插拔，是未来的趋势
支持更高的传输速率和功率传输（最高可达100W）
用于现代的智能手机、笔记本电脑及其他设备，但我们使用的C口很多都是被魔改了的，效率可能比标准的会低一些

USB Mini

较小的接口，主要用于早期的便携设备
包括Mini-A和Mini-B

USB Micro

较Mini更小的接口，广泛用于智能手机、平板电脑等
包括Micro-A和Micro-B

USB Micro-B SuperSpeed

包括一个标准Micro-B接口部分和一个额外的扩展部分（共计10个引脚）。
USB Micro-B SuperSpeed接口向下兼容USB 2.0 Micro-B接口，可以使用相同的插头进行连接，但只能达到USB 2.0的速度。
应用于移动硬盘，便携式SSD，高速存储卡读卡器，一些现代智能手机和平板电脑（虽然大多数新设备转向USB Type-C）

版本

USB 1.0/1.1

发布年份：1996年（1.0），1998年（1.1）
最大传输速率：1.5 Mbit/s（低速），12 Mbit/s（全速）

USB 2.0

发布年份：2000年
最大传输速率：480 Mbit/s（高达60 MB/s）
向下兼容USB 1.x

USB 3.0

发布年份：2008年
最大传输速率：5 Gbit/s（高达625 MB/s）
向下兼容USB 2.0
特点：蓝色插头，增加了更多的引脚以提高传输速度，但有些笔记本为了美观，颜色并不是黑色，需要看引脚数来确定。

USB 3.1

发布年份：2013年
最大传输速率：10 Gbit/s（高达1250 MB/s）
向下兼容USB 3.0和USB 2.0
包括USB 3.1 Gen 1（与USB 3.0相同，5 Gbit/s）和USB 3.1 Gen 2（10 Gbit/s）

USB 3.2

发布年份：2017年
最大传输速率：20 Gbit/s（使用双通道）
向下兼容USB 3.1和USB 2.0
包括USB 3.2 Gen 1（5 Gbit/s）、USB 3.2 Gen 2（10 Gbit/s）、USB 3.2 Gen 2x2（20 Gbit/s）

USB4

发布年份：2019年
最大传输速率：40 Gbit/s
向下兼容USB 3.2、USB 2.0和Thunderbolt 3
使用USB-C接口

应用

引导

UEFI（统一可扩展固件接口）和BIOS（基本输入输出系统）都是计算机启动时运行的固件，负责初始化硬件、检测系统组件，并加载操作系统。但它们之间存在显著的区别，主要体现在以下几个方面：

BIOS

BIOS（Basic Input/Output System）是一种固件接口，用于在计算机启动时初始化和测试硬件，并加载操作系统。BIOS是PC架构中最早的固件标准，已经使用了几十年。

特点

固件存储：BIOS固件存储在主板上的只读存储器（ROM）或闪存芯片中。
启动顺序：初始化硬件后，BIOS会根据预设的启动顺序尝试引导操作系统。
16位模式：BIOS在16位实模式下运行，限制了其访问4GB以上内存的能力。
用户界面：传统BIOS界面是文本模式，使用键盘操作。

功能

电源自检（POST）：开机时进行硬件自检，检查CPU、内存、硬盘等设备是否正常工作。
硬件初始化：初始化各硬件组件，使其进入准备状态。
引导加载程序：根据设置的启动顺序，加载引导扇区中的引导加载程序，以启动操作系统。
硬件抽象：提供一组硬件抽象层，使操作系统和软件可以通过标准接口访问硬件。

优点

成熟可靠：经过多年发展，BIOS已经非常成熟，兼容性好。
广泛使用：广泛应用于各种PC系统。

缺点

功能受限：由于在16位模式下运行，功能和扩展性受限。
用户界面落后：基于文本的用户界面，操作不够直观。

UEFI

**UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）**是一种现代固件接口，旨在取代传统的BIOS，提供更强大的功能和更好的性能。

特点

固件存储：UEFI固件通常存储在主板上的闪存芯片中。
启动顺序：支持复杂的启动管理器，可以启动多种操作系统和应用程序。
32/64位模式：UEFI在32位或64位模式下运行，能够访问大容量内存。
用户界面：支持图形用户界面（GUI），用户体验更友好。

功能

电源自检（POST）：与BIOS相似，进行硬件自检。
硬件初始化：初始化硬件组件。
引导管理：支持复杂的引导管理，能够启动多种操作系统。
驱动程序支持：UEFI可以加载和执行驱动程序，提供更灵活的硬件支持。
安全启动（Secure Boot）：通过数字签名验证操作系统和驱动程序的完整性，防止恶意软件攻击。
网络功能：支持网络启动和远程管理。

优点

扩展性强：支持32位和64位模式，能够访问更多内存和更大硬盘。
图形界面：更友好的用户界面，操作更直观。
安全性高：支持安全启动功能，提升系统安全性。
性能优越：引导速度更快，支持更多现代功能。

缺点

复杂性高：相比BIOS，UEFI结构更复杂，配置和管理需要更多知识。
兼容性问题：早期的硬件和软件可能不完全兼容UEFI。

格式

硬盘的格式主要指的是硬盘的分区表格式和文件系统格式，这两个概念有时候会被统称为“硬盘格式”，但实际上它们分别承担不同的功能。

分区表

MBR（Master Boot Record）: 是较旧的分区表格式，支持最多4个主分区或3个主分区加上1个扩展分区。MBR格式不支持超过2TB的硬盘容量，并且仅能使用传统的BIOS引导方式，不支持UEFI引导。
GPT（GUID Partition Table）: 是较新的分区表格式，支持更大的硬盘容量（理论上可达18EB），并且可以创建最多128个主分区。GPT格式支持UEFI引导，提供更快的启动速度、更大的引导容量和更多的安全特性。

因为二者互不兼容，所以直接转换会导致数据全部消失

文件系统

文件系统格式决定了数据在硬盘上存储的方式，以下是一些常见的文件系统格式：

NTFS: 主要用于Windows系统，支持大文件、文件权限、磁盘配额、加密等高级功能，是Windows NT之后操作系统的标准文件系统。
FAT32: 一种兼容性非常好的文件系统，支持长文件名，但单个文件大小不能超过4GB，分区最大容量为2TB。适用于USB闪存驱动器和一些外部存储设备。
exFAT: 为了解决FAT32不支持4GB以上大文件的问题而设计，兼容性良好，支持非常大的文件和分区大小，常用于移动存储设备和跨平台文件共享。
EXT2/3/4: Linux系统常用的文件系统格式，EXT4是EXT系列的最新版本，提供了日志记录、更快的写入速度和更大的文件及分区支持。
APFS（Apple File System）: 是苹果在macOS High Sierra及后续版本中引入的新文件系统，针对闪存和固态硬盘优化，支持克隆、快照等功能。
ReFS（Resilient File System）: 微软为Windows Server设计的文件系统，强调数据完整性和容错性，但并非所有Windows版本都支持。