07
2020
04

硬碟分割概念與固態硬碟(SSD)

硬碟分割區分類

• 主要分割區:Primary partition

− 一個硬碟最多可包含四個主要分割區(編號 1 到 4 )。

− 有些作業系統開機區只能放在主要分割中。

• 延伸分割區:Extended partition

− 可將其中一個主要分割改成 extended partition

− Extended partition 內可包含多個(理論上無上限個)邏輯分割區。

• 邏輯分割區 logical partition

− 實際上延伸分割區中不放資料,資料放在邏輯分割區中。

• 每個分割區紀錄有檔案系統格式編號。

硬碟分割的基本概念

GPT跟MBR

硬碟愈來愈大,傳統電腦中的BIOS卻只能定位到2TB左右的容量,超過的空間就無法使用,這是因為BIOS所採用的磁碟分割方式為「MBR」(Master Boot Record),MBR只能定址約2TB左右的大小(2.2 × 1012位元組),而且也只支援最大4個主分割區,也就是如果你有一顆3TB以上的硬碟,一定無法只分割為一個分割區而能用完全部容量。因此各家主機板廠商紛紛推出新一代的UEFI BIOS,如此才能解決硬碟的辨識問題,所以UEFI的出現不是光為了讓BIOS圖形化更容易使用,更是為了要支援「GPT」這個硬碟分割格式,它才能支援3TB以上的大容量硬碟喔!

GPT(GUID Partition Table)從特性上看來,確實比MBR優秀不少,光是可以支援最大容量到18EB(約為1887萬TB),以及分割區最大可以到128個,就足夠打到MBR站不起來了。從Windows Server 2003以後的微軟系統,都可以讀寫GPT分割區,蘋果電腦從OS X開始也都開始支援,不過除了少數Linux系統以外,幾乎都只支援從UEFI來啟動GPT,並不能從BIOS中開機,因此以微軟Windows來說,目前就分為BIOS+MBR以及UEFI+GPT兩種開機方式,撇除開機時的不同,在進入系統以後的操作方式及功能,都是完全相同的,最大不同只差在支援的硬碟大小跟數量。

我們可以稱MBR及GPT為「分割區」,而NTFS/FAT32等檔案格式就是「分割表」。

GPT分割區因為是新格式,不免會與舊系統或硬體共用,但是舊版系統跟硬碟分區軟體有可能會不認得GPT啊!因此GPT分區在建立時也會順便建立一個性質為「Protective MBR」的分割區,以免無法辨識GPT分割區的軟體誤將檔案內容破壞。因此通常在使用Windows 8光碟安裝UEFI系統時,除了產生安裝系統的主分割區以外,還會有以下3個分割區:

修復分割區(約300MB):這個分割區是微軟獨有,用來在需要修復系統的情況,供給Windows RE(Windows Recovery Environment)存取之用。

ESP分割區(約100MB):非必須存在,放置UEFI啟動檔案,在開機時UEFI BIOS會讀取這塊區域,檔案格式為FAT32。

MSR分割區(約128MB):必須存在,就是前面所說的Protective MBR,當這顆碟安裝到不支援GPT的系統或硬碟管理軟體時,由於它們只會讀取到此分割區,就不會破壞GPT主分割區中的檔案了。

由於以GPT方式分割硬碟實在是分太多區塊了,因此2TB以內的硬碟在安裝系統時只要用傳統的BIOS+MBR安裝即可。

固態硬碟(SSD)

■ 目前常見的組裝通常是SSD+HDD各一顆

C槽SSD:放系統及應用程式(例如office、繪圖軟體等)。

D槽HDD:放個人檔案(音樂、圖片、影片)。

■ 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天花板500MB/s、M.2則是500MB/s以上

說明:

1. 舊電腦請裝SATA,新電腦才考慮M.2(PCIe)。

2. 舊電腦不一定支援M.2或PCIe。

3. win7 只支援sata,不支援M.2。

■ 傳統硬碟的構造:

HDD(Hard Disk Drive),也就是一般大眾所認知到的硬碟。傳統硬碟由塗滿了磁性物質的碟片所構成,藉由讀寫頭去改變磁性物質的極性方式進而去記錄資料,硬碟的內部構造其實相當的精密,讀寫頭是藉由碟片運轉時產生的氣流,利用白努力定律而「漂浮」在磁碟片上,其中的間隔距離是用奈米來做計算單位,比粉塵還要微小,一但讀寫頭與碟片直接接觸到的話將會毀損到上面的磁性物質,因此對於傳統硬碟來說,最怕的就是震動及撞擊了。不過傳統硬碟技術發展至今,已經有不錯防護措施了,再加上垂直寫入技術的成熟,磁密度大量提升,效能上也增進不少。

■ 固態硬碟的儲存原理簡介:

SSD(Solid State Disk or Solid State Drive),也就是一般所稱的「固態硬碟」。其實將固態硬碟拆開來裡面也不過是一片鑲有許多晶片的電路板而已。固態硬碟主要由控制器、儲存記憶體(FLASH Memory)所構成,快取記憶體(RAM)的部分則不一定都會有,看控制器本身的設計。

固態硬碟SLC、MLC、TLC、QLC是什麼意思?

NAND快閃記憶體是比傳統硬碟驅動器更好的存放裝置,它使用的是非易失性存儲技術,即斷電後仍能保存資料的存放裝置。

NAND快閃記憶體由多個存放以位元(bit)為單位的單元構成,這些位元通過電荷被打開或關閉,如何組織這些開關單元來儲存在SSD上的資料,也決定了NAND快閃記憶體的命名。

單級單元(Single Level Cell,簡稱SLC)

單級單元快閃記憶體俗稱SLC,這種類型的快閃記憶體在讀寫資料時具有最為精確,並且還具有持續最長的資料讀寫壽命的優點。

SLC擦寫壽命約在9萬到10萬次之間。這種類型的快閃記憶體由於其使用壽命,準確性和綜合性能,在企業市場上十分受眾。但由於儲存成本高、存儲容量相對較小,在家用市場則不太受青睞。

優點:讀寫速度最快的NAND快閃記憶體晶片規格。與任何其他類型的快閃記憶體相比,擦寫壽命和讀寫迴圈的週期最長。讀取/寫入錯誤的發生幾率更小,並可在跨度更大的溫度範圍內正常運行。

缺點:市場上最昂貴的NAND快閃記憶體類型。通常只有較小的容量。

建議使用物件:需要大量讀取/寫入週期的工業級負載,例如伺服器。

多級單元(Multi Level Cell,簡稱MLC)

多級單元俗稱MLC,它的命名來源於它在SLC的1位元/單元的基礎上,變成了2位元/單元。這樣做的一大優勢在於大大降低了大容量儲存快閃記憶體的成本,因為快閃記憶體作為SSD的核心,其生產成本通常都會反映在SSD的價格上並最終轉嫁到消費者的身上。

對於消費類SSD,憑藉相對合理的容量/價格比,MLC快閃記憶體是家用電腦的首選,雖然擦寫壽命只有約1萬次,但對於家用級別來說已經十分足夠。

優點:擴展的SSD的容量,也擁有合理的性價比。比TLC快閃記憶體表現更加穩定。

缺點:不如SLC快閃記憶體那般耐用可靠。

建議使用物件:較頻繁地使用電腦的用戶或遊戲玩家。

三級單元(Triple Level Cell,簡稱TLC)

TLC快閃記憶體是快閃記憶體生產中最低廉的規格,其儲存達到了3位元/單元,雖然高儲存密度實現了較廉價的大容量格式,但其讀寫的生命週期被極大地縮短,擦寫壽命只有短短的500~1000次,同時讀寫速度較差,只適合普通消費者使用,不能達到工業使用的標準。

優點:較低的生產成本開啟了廉價大容量SSD市場。

缺點:與SLC、MLC相比,儲存SSD顆粒的擦寫壽命要短得多。理論上讀寫速度與SLC、MLC相比最慢。

建議使用物件:對存儲需求不大的輕度使用需求的電腦用戶,比如只使用上網、郵件等簡單功能的上網本、平板。

四級單元(Quad-level cells,簡稱QLC)

QLC每個SSD顆粒可儲存4bit資料,跟TLC相比,QLC的儲存密度提高了33%。QLC不僅能經受1000次程式設計或擦寫迴圈(與TLC相當,甚至更好),而且容量提升了,成本也更低。

優點:QLC總成本更低,進行存儲時依靠更少驅動器來實現。此外,QLC還具有更多容量,儲存密度高,從而獲得更好的效益。

缺點:與SLC、MLC相比,QLC的性能和寫入壽命有所降低,但與TLC相當。

建議使用物件:比較適合把QLC SSD作為資料倉庫的用戶。如果您對檔案資訊存儲量的需求較大、平時對電腦進行輕度使用(寫入操作少)、或者追求較低價格,建議選用QLC。

■ 固態硬碟效能差異大:

採購固態硬碟時,通常盒子上標記的都是最大資料傳輸速率,有的也會標記連續傳輸以及4KB IOPS數據,而4KB的IOPS會比較來得重要,雖然說通常實測之後都達不到標示數字,不過會想要購買固態硬碟的使用者大多是想要作為系統碟來使用,這樣每秒進出的4KB資料量就會是一個重點了,畢竟NTFS格式預設的叢集大小以及固態硬碟的儲存單位都是4KB。

然而標示的數據卻不能完全代表這個固態硬碟的好壞,控制器管控資料讀寫方式的好壞真的會造成在當做系統碟時效能落差很大,對於使用壽命的掌控上,控制器更是最關鍵的因素,因為控制器必須要將資料分配給還未寫入過或是寫入次數較少的儲存槽上,以平均整體的寫入次數。另外的要點就是必須要將主機板SATA的模式設在「AHCI」的狀態下,附帶一提的是,對於有支援NCQ指令集的傳統硬碟,也要在AHCI模式下才能開啟這些進階SATA功能。

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