按壓硬盤就能提升幾讀寫速度？機(jī)械硬盤讀寫速度和這些因素有關(guān)
雖然SSD（固態(tài)硬盤）已經(jīng)非常普及，但如果用在服務(wù)器、NAS 等大容量存儲設(shè)備中，HDD（機(jī)械硬盤）的性價(jià)比依然無人能敵。一方面是因?yàn)樗阋肆看?，一方面是因?yàn)樗煽啃詮?qiáng)，數(shù)據(jù)存儲時(shí)間長。而聽說只要用力按壓硬盤，機(jī)械硬盤的速度就會提升高達(dá)十幾M，這是真的嗎？機(jī)械硬盤讀寫速度究竟和哪些因素有關(guān)？本文為你一一道來。
機(jī)械硬盤的構(gòu)造
1956 年 IBM 研發(fā)出磁盤存儲系統(tǒng)，盤片直徑 61 厘米，重量上百公斤，兩臺冰箱大小，但容量只有 5MB。
1991 年 IBM 應(yīng)用溫徹斯特技術(shù)制造出 3.5 英寸的 1GB 硬盤。也是我們現(xiàn)在常見的臺式機(jī)機(jī)械硬盤。而筆記本和移動硬盤用的 2.5 英寸硬盤，其內(nèi)部構(gòu)造和工作原理與 3.5 英寸是一樣的。
機(jī)械硬盤的組成部分有：
1. 盤片：存儲數(shù)據(jù)。
2.磁頭：在盤片上讀寫數(shù)據(jù).
3.磁頭臂：控制磁頭在盤片上移動。
4.電路板：控制硬盤各部件工作。
5.接口：傳輸數(shù)據(jù)和供電。
……
當(dāng)機(jī)械硬盤工作時(shí)，存儲數(shù)據(jù)的盤片會高速旋轉(zhuǎn)，速度通常是 5400 轉(zhuǎn)、7200 轉(zhuǎn)、10000 轉(zhuǎn)/分鐘，需求更高的設(shè)備上（例如服務(wù)器）速度可以更快。在盤片旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁頭會快速地定位到盤片上非常非常狹窄的磁道上方，讀寫盤片中存儲的數(shù)據(jù)。
也就是說，機(jī)械硬盤讀寫速度和盤片轉(zhuǎn)速有關(guān)，盤片轉(zhuǎn)的越快，硬盤讀寫數(shù)據(jù)的速度就越快。但是受限于機(jī)械結(jié)構(gòu)，盤片轉(zhuǎn)速總是有瓶頸的。
為了增加容量和讀寫速度，盤片和磁頭并不是我們從正面看到的一塊，而是多個(gè)盤片重疊在一起。磁頭也并不是只掃上面，通常是上下夾住盤片，兩面都能讀寫。
機(jī)械硬盤從名字到價(jià)格再到外形都給我們一種硬漢形象，但是其實(shí)它非?！笅蓺狻梗稽c(diǎn)點(diǎn)環(huán)境改變都可以降低它的工作效率甚至直接讓它報(bào)廢。
影響機(jī)械硬盤讀寫速度的因素
一點(diǎn)小的因素可能就會影響機(jī)械硬盤讀寫速度的改變，那么除了壓力之外影響機(jī)械硬盤讀寫速度的因素還有哪些呢？我們一一道來。
01.振動
影響機(jī)械硬盤讀寫速度的因素之一是振動。
前面說了硬盤是通過磁頭在非常非常狹窄的盤片磁道上讀寫數(shù)據(jù)，如果磁頭的角度位置有一丟丟錯(cuò)位，就無法正確讀寫數(shù)據(jù)。
這種錯(cuò)位其實(shí)經(jīng)常發(fā)生，常見的原因就是「振動」，只要輕微振動就會導(dǎo)致磁頭位置發(fā)生變化。為了更直觀感受這種精度，我們以西部數(shù)據(jù) 8TB 紫盤舉例，這款硬盤大約有 2.48 億條磁道，每個(gè)盤片的單面有 1550 萬條磁道。這是一塊 3.5 英寸（8.89cm）磁盤，去除主軸占有后盤片的實(shí)際可用半徑大約是 0.875 英寸（2.22cm）。2.22cm 上并排了 1550 萬條磁道，每毫米大約有 698198 條磁道。一根頭發(fā)的直徑大約是 0.06mm。也就是說頭發(fā)絲直徑的長度下大約有 41892 條磁道。
這就是為什么非常微小的振動就能影響機(jī)械硬盤讀寫速度。磁頭每一次錯(cuò)位，意味著盤片那一圈為無效旋轉(zhuǎn)，下一圈到來前磁頭要盡量回到正確的位置，振動稍微大一點(diǎn)就需要幾圈才能回正，也就增加了讀寫時(shí)間。所以要提升機(jī)械硬盤讀寫速度，就要減少磁盤振動。
機(jī)箱中的振動通常來自散熱風(fēng)扇，特別是便宜的散熱不會注意這一點(diǎn)，抖動很大（對硬盤來說）。比較好的散熱和服務(wù)器散熱風(fēng)扇的振動影響往往還不足以達(dá)到影響硬盤的閾值。
由于硬盤的機(jī)械結(jié)構(gòu)，它工作時(shí)肯定會產(chǎn)生振動。
振動的主要來源是讀寫數(shù)據(jù)的磁頭臂，讀寫數(shù)據(jù)的磁頭安裝在磁頭臂上，磁頭臂移動以定位新的磁道，這個(gè)工作在瞬間完成，每秒大約可以完成 100 次定位。因此磁頭臂需要快速加速減速，根據(jù)物理定律，每次加速都會有相反的作用力被施加到硬盤主體上，使硬盤產(chǎn)生微小的 X 和 Y 方向的振動。
電子產(chǎn)品和技術(shù)研究雜志 EP&T.CA 測試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硬盤被安裝放在彈性材料（塑料支架）上時(shí)振動幅度明顯大于硬性材料（花崗巖）。所以更建議大家使用螺絲釘將機(jī)械硬盤固定在機(jī)箱上，而不是用硬盤支架。
下圖是測試結(jié)果，藍(lán)線 X 軸振動，綠線為 Y 軸振動。
硬性材料測試結(jié)果如下:
軟性材料測試結(jié)果如下：
如果硬盤安裝不牢靠，我們用手能力按壓硬盤也會起到固定作用，減少硬盤抖動，從而提升機(jī)械硬盤讀寫速度。有機(jī)械移動硬盤的朋友可以試試，使用移動硬盤大多放在桌面上，在讀寫時(shí)給硬盤壓力，可能會讓它更有動力。
02.氣壓
另外一個(gè)影響機(jī)械硬盤讀寫速度的因素的氣壓。
在盤片高速旋轉(zhuǎn)是會產(chǎn)生氣流托起磁頭，托起高度非常非常低，并且越低，讀寫越準(zhǔn)。但磁頭決不能完全貼著盤片移動，否則會刮花磁道。
被刮花的磁道就不能再用了，這就是我們所說的「物理壞道」。
導(dǎo)致磁頭與旋轉(zhuǎn)的盤片接觸的不光有振動，還可能是低氣壓。
為了防止雜質(zhì)刮花盤片，機(jī)械硬盤內(nèi)部是完全無塵狀態(tài)。但又因?yàn)闅饬鞯木壒?，硬盤內(nèi)部與外界的氣壓需要相同，中間由空氣過濾片過濾外界的雜質(zhì)，保證機(jī)械硬盤內(nèi)部潔凈無塵。
而當(dāng)處于低氣壓（高海拔）環(huán)境時(shí)，盤片的轉(zhuǎn)動無法產(chǎn)生足夠的氣流托起磁頭，就非常容易導(dǎo)致壞道，縮短硬盤壽命，所以一些硬盤在高海拔地區(qū)會「罷工」。
03.噪音
還有一個(gè)影響機(jī)械硬盤速度的因素就是噪音。
2008年工程師 BrendanGregg 在 YouTube 發(fā)布了一個(gè)視頻，視頻中他正在一個(gè)數(shù)據(jù)中心測試硬盤的讀寫速度，只見他走到一個(gè)硬盤矩陣前，乘硬盤沒有注意時(shí)對其大吼了一聲，再回到電腦上查看 IOPS 指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，被吼的硬盤出現(xiàn)了一個(gè)很陡的瞬間波峰。
像不像你正上班摸魚，老板突然在身后大吼一聲時(shí)你的心電圖走勢？這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了聲音也會對硬盤產(chǎn)生影響?？催^上面的內(nèi)容就很容易理解。聲音會產(chǎn)生振動，而振動會影響磁盤讀寫速度。只需要 110 分貝就能降低大多數(shù)機(jī)械硬盤的性能。150 分貝甚至能直接讓硬盤歇菜。
結(jié)論
有時(shí)候我們讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，不小心移動了電腦或硬盤而導(dǎo)致讀寫失敗，以往我們首先以為是因?yàn)榻涌谒蓜佣鴮?dǎo)致接觸不良。但仔細(xì)想想接口哪有那么容易松動？我們給手機(jī)充電的時(shí)候隨意移動手機(jī)也沒見充電終止啊?，F(xiàn)在看來可能是大幅晃動導(dǎo)致硬盤「罷工」了。隨著技術(shù)升級，現(xiàn)在的機(jī)械硬盤也不像以前那么脆弱，但如果存儲重要數(shù)據(jù)，依然要避免晃動它，避免影響機(jī)械硬盤讀寫速度，也避免傳輸失敗。
本文部分資料和圖片來源
EP&T: Everything you need to know abouthard drive vibration
Blue Note: How Intentional AcousticInterference Damages Availability and Integrity in Hard Disk Drives andOperating Systems
YouTube: Shouting in the Datacenter
本文編輯：@ 小淙
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