緯育 2026-0407

本系列講座旨在介紹磁碟的基礎知識，從傳統機械硬碟（HDD）的物理架構、歷史演進、運作原理談起，深入剖析了影響其效能的各種因素，如磁頭同步移動的瓶頸、資料儲存方式（PMR/SMR）的演進等。講座涵蓋了一顆新硬碟從購買到可以儲存檔案的完整流程，包含磁碟分割、格式化至掛載的三大步驟，並比較了MBR與GBT兩種分割表。

此外，內容還深入探討了記憶體與硬碟在電腦系統中的不同角色、巨大的速度差異及其對系統效能的影響，並解釋了資料從CPU、記憶體到硬碟的流動過程。最後，講師分享了硬碟的選購考量、品牌保固經驗、資料救援概念與實務技巧，並建議使用者遵循標準關機程序以避免資料遺失。

磁碟管理流程與概念

• 磁碟管理三步驟
  • 一個全新的磁碟從購買到可以儲存第一個檔案，需要經過三個主要步驟：分割、格式化、掛載。
  • 在Linux中，這三個步驟是明確分開的；而在微軟Windows或蘋果macOS中，許多步驟已自動化，例如插入隨身碟時，系統會自動分配磁碟機代號或在桌面顯示圖示，這背後其實就是自動化的掛載過程。
• 磁碟分割與分割表
  • 磁碟分割是使用特定指令（如磁碟分割工具）來規劃硬碟空間，將其劃分為一個或多個稱為「分割區」（Partition）的獨立區域。
  • 分割資訊儲存在磁碟分割表中，目前主要有兩種：MBR (Master Boot Record) 和 GBT (GUID Partition Table)。
  • MBR是較早且較簡單的格式。GBT是更新、可支援更大容量的格式，現今Windows系統預設使用GBT。
  • 如果購買的內接硬碟插入電腦後，Windows 系統立即就分配了磁碟機代號（如 D 槽），這代表硬碟可能已經被使用過（二手品），因為原廠新碟不會預先分割。
• 磁碟格式化與檔案系統
  • 僅分割完的磁碟還無法使用，必須進行格式化。
  • 格式化時需要選擇一種檔案系統，例如NTFS或FAT32，這個選擇決定了檔案在硬碟上的儲存方式，並為分割區建立檔案系統結構。
  • 了解檔案系統的運作原理，是進行磁碟資料救援的基礎。
• 掛載 (Mount)
  • 格式化完成後，需要進行「掛載」，才能讓作業系統存取該磁碟區。
  • 在微軟系統中，這個過程對應的是分配一個磁碟機代號（如D槽）。雖然有「卸載」概念，但通常不使用「掛載」一詞。
  • 在Linux和macOS中，掛載是將一個分割區連結到指定的目錄（進入點），使用者進入該目錄即是存取該分割區。

硬體架構與效能

• 傳統硬碟 (HDD) 架構與歷史
  • 講座主要介紹包含旋轉盤片、磁頭的傳統硬碟架構。儘管SSD普及，但HDD因其每TB成本最低，仍被廣泛使用。
  • 硬碟內部所有磁頭是連動的，會一起移動，無法分開行動，這是硬碟存取速度最慢的瓶頸。
  • 硬碟製造商經歷多次併購，現今市場上所剩無幾，如WD併購Quantum、Seagate也併購多家公司。
• 記憶體 (RAM) 與硬碟 (Disk) 的比較
  • 記憶體：暫存資料，斷電後資料會消失，但存取速度極快。增加記憶體可提升系統效率，但受CPU等其他元件影響。
  • 硬碟：永久存放資料，關機後資料依然存在，但存取速度是電腦中最慢的元件之一，常是系統效能瓶頸。
• 速度比較
  • 傳統硬碟讀寫速度約140-180MB/s。
  • SATA SSD可達約500MB/s。
  • PCIe 5.0 M.2 SSD可達10G/s上下。
  • DDR5記憶體速度可達每秒六七十GB (60-70 G/s)，遠快於最快的硬碟。
• 提升舊電腦效能
  • 若舊電腦開機緩慢且仍在使用傳統硬碟，將其更換為SSD會帶來顯著的速度提升。若提升未達預期，則瓶頸可能在於CPU。

硬碟技術的發展與演進

• 失敗的技術嘗試
  • 雙磁頭硬碟：Seagate曾推出有兩組獨立磁頭的硬碟，雖理論速度翻倍，但因故障率過高而被淘汰。
  • 混合碟 (Hybrid Drive)：結合HDD與少量SSD，由韌體自動將常用資料快取至SSD。但因常「猜錯」資料導致SSD過度寫入而損壞，最終失敗。
• 定址模式的演進
  • CHS (磁柱-磁頭-磁區)：非常早期的定址方式，上限僅8GB，已被淘汰。
  • LBA (Logical Block Addressing)：目前所有硬碟使用的定址機制，將所有磁區從0開始編號，作業系統只需提供一個邏輯位址即可。LBA的版本（如LBA32、LBA48）決定了電腦能支援的最大硬碟容量。
• 容量增加技術
  • 垂直磁記錄 (PMR)：將磁性顆粒從水平改為垂直排列，增加儲存密度。
  • 疊瓦式磁記錄 (SMR)：將磁軌部分重疊以進一步提升容量。寫入時因「寫入頭」比「讀取頭」寬，會覆蓋相鄰磁軌。這使得修改資料時，需將整個大區塊讀入快取，修改後再整個寫回，導致寫入效能較差且更易損壞。

提升傳統硬碟效能與選購技巧

• 效能優化技巧
  • 資料連續存放：應盡量讓資料連續存放，最好在同一個磁軌或磁柱上，以減少磁頭移動。
  • 磁碟重組：將分散的檔案片段整理成連續區塊，對傳統硬碟效率有顯著幫助，但對SSD則不建議。
  • 利用外圈高速特性：硬碟外圈的線性速度快於內圈。可將系統分割區（C槽）設定得較小並置於硬碟起始位置，確保作業系統檔案存放在最快的外圈。
• 硬碟轉速的影響
  • 過去認為轉速越快越好，但對於現代高密度大容量硬碟，為確保磁頭能準確讀寫，轉速反而可能偏低。
• SMR 硬碟的辨識與選購建議
  • SMR 硬碟為彌補寫入缺陷，通常會配備比同容量CMR硬碟大得多的快取記憶體（如256MB vs 32MB）。檢查快取大小是分辨方法之一。
  • 講師建議，若可選擇，應購買快取較小（如16MB、32MB）的硬碟，這類硬碟通常採用傳統PMR/CMR技術，寫入效能較穩定。
• 硬碟品牌與保固經驗 (WD vs. Seagate)
  • 講師個人經驗認為WD硬碟相對不易損壞，但其保固內的資料救援需額外付費。
  • Seagate在特定時期曾提供免費資料救援服務，顯示廠商誠意。
  • WD的綠標硬碟因頻繁休眠導致口碑不佳後停產，現今部分藍標實為過去的綠標產品。黑標提供五年保固但價格昂貴。

資料處理與救援

• 電腦資料處理流程
  • CPU需要資料時，作業系統會指揮硬碟將資料讀取到高速的記憶體中，CPU直接與記憶體互動。
  • 存檔時，資料先寫入記憶體，作業系統會等待閒置時機再將資料寫回硬碟以提高效率。
• 不正常關機的風險
  • 由於無法確認記憶體中的資料是否已全部寫入硬碟，突然斷電可能導致這些暫存資料遺失，造成檔案損毀。
  • 為確保資料完整性，務必遵循標準的關機程序。