成本VS性能──企业级硬盘与个人硬盘的对比（上）
硬件周刊
我们通常以硬盘的接口(如PATA和SCSI)来划分硬盘的类型，长久以来大家普遍有了这样一种意识，SCSI意味着高端产品、企业级用户采用；而PATA则意味着低端，个人用户采用。其实这种认识有些片面，SCSI硬盘也有低端产品用于个人电脑中(其实就是定位于高端PC和工作站的低端SCSI产品)。如果对硬盘本身有更多的了解，就会发现，接口的不同只是表象，是一种销售手段而已。硬盘产品如果分类，可以根据不同的销售对象进行，分为企业级存储设备(Enterprise Storage，以下简称ES，以SCSI产品为代表)和个人存储设备(Personal Storage，简称PS，以PATA产品为代表)，它们的本质区别在于内部，从设计理念到用料，都有本质上的不同。而接口的不同只是这些差别的外部表现而已。了解这些区别，可以使我们更好地理解这些产品的定位，从而更加客观地评判这些产品的价值。在这里，我们并不是讨论谁优谁劣的问题，毕竟定位不同的产品是完全无法比较的。对于用户来说，适用于自己的就是最好的。希望通过这些分析能对大家购买硬盘提供一个参考。
历史原因
首先，有必要介绍一下ES和PS的历史。
早期的PC机，甚至小型机，由于成本限制，是没有硬盘的。硬盘只存在于位于中心机房的大型机甚至巨型机中，这些巨大的计算机是整个公司或者机构的计算机系统的中枢，因此它们规模巨大，价格十分昂贵。考虑到这些原因，它们通常被用于同时为多位用户(甚至是整个公司的计算机用户)服务。因此，诞生在这种背景下的ES硬盘的特性也就随之产生：价格不是最敏感因素，对稳定性要求苛刻，要求24小时×365天运行；对寻道时间要求高；可以进行组合配置(最常见的就是通常所说的“磁盘阵列”，其中包括RAID)等。其中，稳定性和寻道时间是最重要的因素，几乎是ES硬盘的生命线，在计算机系统高度集中的年代，一旦作为主机的大型机硬盘出现故障，将会导致大量工作无法进行，效率自然下降。而在现在这个高度依赖计算机的时代，一旦企业的硬盘出现故障，数据丢失所造成的损失肯定是硬盘本身价格的N倍……至于寻道时间，一块硬盘的寻道时间越短，它能服务的用户也就越多，其使用成本也就越低。
而作为针对个人用户的PS硬盘，由于面向一个对价格敏感的市场，设计中考虑的主要问题是如何降低成本，其次才是稳定、性能等因素。最明显的例子是，当初某品牌的PS硬盘的“8小时工作制”引发了用户对其使用寿命的质疑。但事实上，几乎所有PS硬盘都是按照每天工作8小时设计的，这与SCSI硬盘的24小时×365天形成了鲜明对比。可以说，PS硬盘是以价格因素为主导的折衷产品。下面来讨论ES硬盘与PS硬盘具体区别。
机械构造
硬盘的基本构件包括：顶盖，磁头/磁盘组合件(HAD)，磁头小车(控制磁头运动的设备)，主轴，柔性电路板等。
①磁头/磁盘组合件：这一部分不仅仅包括磁头和盘片，而是容纳磁盘和磁头以及磁头小车的容器及其内部设备的集合体。它包括底座、磁头、主轴、盘片、气流处理系统和顶盖。在这一部分的设计和用料上，可以体现ES硬盘和PS硬盘的区别。
一个物体运动速度越高，紊流的负面影响就越明显。而ES硬盘15000RPM的转速相比PS硬盘7200 RPM来说，对空气的流动要求高得多，因此对盘体内部的气流处理系统要求十分高。同时，对盘体本身的密闭性能要求更高。大家都知道，震动是硬盘的大敌，其实，不仅仅是震动，热量也是硬盘的大敌。而转速高的硬盘通过发热，震动等方式将更多的能量释放到机箱，产生更大的干扰，使外界工作环境更加恶劣。特别是多个硬盘组合使用时，问题更加复杂。但往往转速越高的硬盘越要求受到更小的外界影响，为解决这一矛盾，必须使ES硬盘的机械结构刚度更高，质量更大，有时甚至要求要有特殊的支持电路以抵消可能降低磁盘性能的负面影响。
为增加硬盘的可靠性，硬盘设计者在HAD上也下足了功夫。对可靠性有严格要求的ES硬盘的要求尤其严格，要求避免透孔，同时对环境控制和封装等都有特殊要求。在这里，最重要的一点就是硬盘内部环境控制。ES硬盘一般都配备了微粒过滤器、干燥剂、活性炭吸收剂。另外，根据资料显示，ES硬盘的主轴马达使用了O形密封圈，并且其顶盖垫圈(其实就是一层胶质物)具有更高的密封性。这些都将增加成本，但提高了可靠性。通过对这些材料的控制，可以减少很多故障的发生几率。
作为硬盘关键的部件之一，磁头小车担负了定位磁头的重任。在硬盘读写过程中，磁头小车是在不断移动中的。冷却磁头小车就成为了一个不可避免的问题，这一问题在为24小时×365天工作而设计的ES硬盘中就显得更为重要。因此，设计者使用特殊优化的冷却系统将气流引导至磁头小车对它进行冷却。为了得到更少的寻道时间，必须使用更大的磁体，这也要求磁头小车的线圈阻抗更低(因为功耗不能太离谱)，在有限的空间中获取更低的阻抗，最可行的办法就是使用更粗的导线，同时减少匝数。
此外就是有关锁存器(Latch)的问题，锁存器是用于在断电情况下控制磁头小车的设备(否则断电的时候，一有震动，磁头小车就到处乱跑该有多恐怖……)。由于是在断电情况下，因此锁定磁头小车的可行方法就是使用磁场。但是这样也带来一个问题，在读写操作时，磁头小车如果在锁存器附近，将会受到磁场的影响，这将导致寻道时间的增加。在追求寻道能力的ES硬盘中，使用了昂贵的设备来解决这个问题。而在PS硬盘中，由于寻道性能并非最重要因素，这个问题就被“忽略”了。当然，还有其他一些问题，比如线圈和轴承盒与磁臂的连接方式，以及磁头小车的抗震动设计问题，ES硬盘的设计都尽量不影响性能，或者通过某种解决方案以获取更高的可靠性，而PS硬盘由于成本限制，在这方面做的工作要薄弱很多。
②主轴/马达。在这一点上，大家的认识可能会比较多。因为大多数人在提到ES硬盘(以SCSI硬盘为例)的时候，都会说：“SCSI硬盘的转速比PATA硬盘高。”为了获取更高的转速(主要目的也是为了减少数据访问时间)，ES硬盘的主轴和马达与PS硬盘相比，简直不在一个档次。首先，提高转速是对硬盘主轴的刚性和马达的功率的一个巨大挑战。曾经有超过15年的时间，硬盘的转速都在3000 RPM～4000 RPM间徘徊，其原因就是主轴和马达的技术所限。在提高转速这一点上，高转速的ES硬盘设计所花的功夫和成本远超过PS硬盘，这也是SCSI硬盘能达到15000 RPM的重要原因之一。并且设计的时候必须考虑硬盘和磁臂之间的空气流动所带来的影响，以及马达转动所带来的无法避免的震动。这些问题的解决成本随转速的上升而迅速上升。当然，除了单纯提高转速之外，更严峻的挑战在于，进行读写操作的时候，磁头必须位于指定磁道的正上方。转速比较低的PS硬盘采用了传统的悬臂马达设计，将马达轴心附着在底端；而ES硬盘则将马达轴心同时附着到底端和顶盖。这样一来，马达旋转所造成的偏转和声强都明显下降(毕竟两端固定更为牢固)。但是成本却明显上升。
电子元件
由于最初设计的不同所导致的工作环境不同，必然要求ES硬盘与PS硬盘采用不同的电子元件以适应其定位。
①伺服处理器也是硬盘的重要部件之一。如果没有集成在硬盘PCB板上的伺眼处理器控制硬盘操作，CPU将会谩处理各种硬盘读写请求而无法处理正常的任务。伺服处理器的主要任务便是处理磁盘读写操作，控制磁头小车寻道。这一点看起来并不难。但是由于硬盘的马达转动所产生的震动、空气流动造成的干扰以及其他一些原因，盘体上的磁道并非规则的、理想的环形(这是由于偏转造成的)。
所谓“偏转”是指磁道半径或周长发生变化。偏转是无法避免的，因为马达的运动必然产生震动，而硬盘中空气的存在必然对盘体转动产生消极影响(抽真空是不可行的，因为那样的话，磁头小车等设备将无法有效散热)。偏转分为两类，一类是磁道所固有的，每次都有相同的偏转；另外一类是由于震动等因素影响所产生的，每次的偏转并不相同。前者易于处理，而后者则需要伺服处理器进行更多的处理以确保磁头始终跟得上磁道的变化。这样的后果就是导致硬盘指令集的庞大，对伺服处理器的处理能力要求必然提高。很明显，成本就自然上升了……此外，由于ES硬盘要应付大量而繁琐的小文件读取工作，同时，也由于高转速所带来的更严重的偏转，它的伺服处理器负担相当繁重。所以ES硬盘通常都是配备两颗处理器，一颗专门用于控制伺服系统，另外一颗专门负责接口控制，也就是与计算机其他部件的信息交换。而在PS硬盘中，这两项任务通常是由同一颗处理器完成的──这样做显然可以明显降低成本。
②缓存。刚才提到，ES硬盘由于种种原因，其指令集与PS硬盘相比要庞大不少，而且复杂得多。 因此，这也要求ES硬盘拥有更多的缓存以满足代码存储和运行的需要。
③PCB板。这个看似并不起眼的东西，却也是ES硬盘与PS硬盘的不同之处。由于ES硬盘硬件电路的复杂程度(对比一下SCSI硬盘和IDE硬盘的PCB板上集成的元件数量就可以知道其差别所在)，其电气性能的要求也就更高，因此，要求使用更昂贵的PCB板来承载这些元件(这一点倒是与主板，内存和显卡有些类似)。
④磁头技术。相信一些比熟悉电脑的用户都听说过IBM的巨阻磁头技术，这项技术极大提高了硬盘的存储密度。磁头技术的重要程度由此可见一斑。但是，硬盘在提高转速而提升硬盘性能的同时，高转速产生的负面影响──磁头的读写准确度却变得更加困难了。也就是说，高转速的ES硬盘的磁头进行读取操作时的磁场环境更为恶劣。为了实现可靠读写，ES硬盘不得不采用更为昂贵的器件来解决这一问题。
⑤接口。这也是ES硬盘与PS硬盘最为明显的区别之一。并且，接口在一定程度上，影响着硬盘的性能。当PS硬盘还在为SATA带来的150MB/s外部传输速度而欢欣鼓舞的时候，SCSI接口的速度已经达到了320MB/s。但是，接口的发展是以硬盘内部结构的发展为前提的。因此，在主流PS硬盘上使用SCSI接口并不能带来多大的性能增益，甚至会有所降低。
