认识硬盘

1. 硬盘的发展历史

早期存储设备

在硬盘诞生之前，计算机主要使用以下存储设备：

• 打孔卡片（Punch Cards）：早期计算机（如 ENIAC）使用打孔卡片存储数据，每张卡片存储少量信息，读取速度慢。
• 磁鼓存储（Magnetic Drum Memory）：20 世纪 50 年代，磁鼓存储器作为早期计算机的存储设备，每个磁鼓可存储几 KB 数据。
• 磁带机（Magnetic Tape）：IBM 在 1952 年推出磁带存储设备，存储容量比打孔卡片和磁鼓大，但随机访问速度慢。

硬盘的诞生与发展

• 1956 年，IBM 推出了 RAMAC 305 硬盘，是世界上第一台商用硬盘，存储容量 5MB，但占用 两个冰箱大小。
• 20 世纪 80 年代，个人电脑开始普及，硬盘容量从 MB 级别逐步提升到 GB 级别。
• 1990 年代 - 2000 年代，HDD 技术快速发展，7200 RPM 硬盘成为主流，接口由 IDE 发展到 SATA。
• 2008 年，SSD（固态硬盘）开始进入市场，基于 NAND 闪存，比 HDD 速度更快、功耗更低。
• 2020 年代，SSD 成为主流存储设备，HDD 主要用于大容量存储。

2. 硬盘简介

硬盘（HDD/SSD）是计算机用于存储数据的设备，主要分为机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。

• HDD（Hard Disk Drive）：基于磁盘存储，容量大但速度相对较慢。
• SSD（Solid State Drive）：基于闪存存储，速度快但成本较高。

3. 常见分区格式

硬盘存储数据时需要进行分区，主要分区格式有 MBR 和 GPT。

MBR（Master Boot Record）

MBR 是传统的分区格式，主要特点如下：

• 支持最大磁盘容量：2TB。
• 最多支持 4 个主分区，或者 3 个主分区 + 1 个扩展分区（扩展分区内可创建多个逻辑分区）。

TIP

由于 MBR 分区表最多 64 字节，每个分区表 16 字节，因此最多存储 4 个主分区。受限于 32 位 LBA（逻辑块地址）**，每个扇区 512 字节，共计 2^32 * 512B = 2TB。

GPT（GUID Partition Table）

GPT 是现代分区格式，主要特点如下：

• 支持最大磁盘容量：理论上可达 8 ZB（Zettabyte，1ZB = 1024EB）。
• 支持最多 128 个主分区（Windows 默认限制）。
• 使用 64 位 LBA，地址空间更大。
• 分区表冗余备份，提高安全性。

4. 文件系统

不同的文件系统有不同的用途和性能特征

分区与文件系统的关系

• 分区（Partition）：是对硬盘空间的逻辑划分，不同的分区可以使用不同的文件系统。
• 文件系统（File System）：是在分区之上定义的数据组织规则，决定了数据的存储、访问和管理方式。

分区格式	支持的文件系统
MBR	FAT32、exFAT、NTFS、ext3、ext4
GPT	exFAT、NTFS、ext4、XFS、Btrfs、APFS

Windows 文件系统

文件系统	最大单个分区	最大单个文件	特点
FAT32	2TB	4GB	兼容性强，但单个文件大小受限
exFAT	128PB	16EB	适用于 U 盘、大容量存储设备
NTFS	8PB	16TB	支持权限管理、日志、加密等

Linux 文件系统

文件系统	最大单个分区	最大单个文件	特点
ext3	16TB	2TB	兼容性好，支持日志功能
ext4	1EB	16TB	提高了性能，减少碎片化
XFS	8EB	8EB	适合大文件存储，高并发性能强
Btrfs	16EB	16EB	先进的快照和数据校验功能

macOS 文件系统

文件系统	最大单个分区	最大单个文件	特点
HFS+	8EB	8EB	旧版 macOS 文件系统
APFS	8EB	8EB	现代化文件系统，优化 SSD 读写

5. 选择合适的文件系统

• Windows 用户：推荐 NTFS，如果用于跨平台存储设备，可选择 exFAT。
• Linux 用户：推荐 ext4，如果处理大文件，可选择 XFS。
• macOS 用户：推荐 APFS，如果需要与 Windows 兼容，可选择 exFAT。
• 移动存储设备：推荐 exFAT，兼容 Windows、macOS 和 Linux。