为什么光盘驱动器比硬盘驱动器慢?

为什么光盘驱动器比硬盘驱动器慢?

我知道硬盘具有更快的访问时间和传输速率,当我搜索原因时,结果显示:

  1. 硬盘旋转得更快

  2. 如果充满氦气,可以减少旋转所需的能量,从而提高速度

  3. 与类似大小的光盘相比,硬盘可以存储更多的数据,因此数据密度更高,磁头不需要像光盘那样移动那么远的距离

  4. 光盘(并非全部)将数据存储在螺旋轨道中

但是,为什么 HDD 旋转得更快,或者为什么它们的臂移动得更快?为什么他们不制造光盘驱动器内的臂,使其以 HDD 的速度移动?甚至磁带驱动器也很快。(至少是传输速率,而不是访问时间。)

另外,磁头难道不能转到螺旋轨道的特定部分并从那里读取吗?

答案1

有两个独立的问题:延迟和吞吐量。

寻道时间

光驱的随机寻道时间约为 100 毫秒,而硬盘约为 10 毫秒 - 这是为什么呢?

光学读写头由激光器、探测器、镜子、镜头和多个音圈组成,用于定位读写头/镜头以进行跟踪/聚焦。整个组件由多个零件组成,而且相对较重。整个读写头组件在蜗轮上移动。

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硬盘磁头由一个用于读取的微型 GMR 传感器和用于写入的线圈组成。其余部分是塑料滑块和金属臂;整个组件相对较轻。磁头由强大的音圈移动。这就是寻道速度快的原因。

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传输速率

CD 驱动器最高可达 10 MB/s 左右。DVD 驱动器最高可达 30 MB/s 左右。蓝光驱动器最高速度约为 70 MB/s。硬盘通常达到 100~200 MB/s。

决定传输速率的两个主要因素是线速度(米/秒)和线密度(位数/米)。

3.5 英寸台式硬盘的盘片直径约为 90 毫米。光盘的直径约为 120 毫米。出于比较目的,我认为它们“足够接近”。

硬盘通常以 5400 RPM 或 7200 RPM 的速度旋转,旧企业型号最高可达 15000 RPM。光盘以各种速度旋转,具体取决于主机想要读取/写入数据的速度(例如批量读取与流式音频/视频)、驱动器的活跃使用时间、需要的噪音大小等。但光盘在实际驱动器中可以旋转到大约 10000 RPM 而不会出现问题。因此这也与 HDD RPM 大致相同。

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面密度是一个需要考虑的重要因素。假设 CD 为 1 GB,HDD 为 1000 GB,并且它们的物理尺寸相同。显然,HDD 的单位面积数据密度是 CD 的 1000 倍。至于线性密度,HDD 的密度是 CD 的 √1000 = 32 倍。因此,如果将磁头置于光盘上方并旋转一整圈,HDD 读取的数据应该比 CD 多 32 倍,因为每个轨道上都包含更多数据。我们可以看到,这就是 DVD 和 BD 的传输速率高于 CD 的原因。但是,25 GB 的单层蓝光盘绝对比不上便宜的基本 1 TB HDD。然而,多层光盘和多面多盘硬盘使这个计算更加复杂。

奖金

更糟糕的是,我的经验表明,将光盘插入驱动器后,需要大约 20 秒才能开始读取其中的任何用户数据。这个启动时间比闪存驱动器甚至硬盘驱动器都要长得多,在筛选多张光盘时尤其痛苦。

答案2

虽然其他答案都是正确的,但还有更多。光学介质制造得便宜又轻便。它只是一小块塑料。它不是为高速旋转而设计的。旋转得越快,塑料中的缺陷就开始导致塑料弯曲。旋转得越快,弯曲得越厉害。这种弯曲将使驱动器无法读取它。旋转介质的速度足够快,它就会损坏……非常严重。这是一个视频呈现出极端的扭曲和失败。

最快的 CD/DVD/BD 光驱的转速最高约为 10k RPM。
真正高端的磁盘驱动器的转速为 15k RPM,尽管消费级 HDD(以及大容量存储企业级 HDD)的转速通常为 7200 或 5400 RPM。

答案3

硬盘在干净的环境中精密组装并密封。它们可以(并且确实)达到非常高的公差。

CD 驱动器是开放式的,设计用于接收干净但表面可能有灰尘和指纹的介质。它们无法达到与密封硬盘相同的容差。

CD 驱动器转动缓慢。硬盘驱动器以 7200 rpm 的速度转动(一些昂贵的驱动器以 15,000 rpm 的速度转动),以便提供更快的数据访问和传输。公差必须有所不同。HDD 磁头在盘片表面上的移动距离只有 3 纳米。灰尘(除非打开驱动器,否则无法进入)或在磁头位于驱动器上方时停止驱动器旋转会损坏盘片。碰撞会产生颗粒物。

它们是非常不同的设备,用于非常不同的目的,并且设计也不相同。

答案4

硬盘驱动器旋转得更快。

HDD 旋转速度范围从 4,200 rpm(超级节能)到 10,000 rpm,其中 5,400 和 7,200 rpm 最为常见。15,000 rpm 的服务器硬盘曾经在市场上销售,但是 SSD 使得它们的生产不经济,因此自 2016 年以来就没有再生产过。

48x CD-ROM 驱动器以 9,600 rpm 的速度旋转光盘,24x DVD-ROM 驱动器以 14,000 rpm 的速度旋转光盘,而 16x BD-ROM 驱动器以 13,000 rpm 的速度旋转光盘。

所以这根本不是转速低的问题;光盘只是数据密度较低,因此磁头每转一圈读取的数据较少,而这正是限制传输速率的原因。它们的数据密度较低是因为……嗯,它们是完全不同的技术,因此很难进行公平的比较,但硬盘能够在如此小的面积内存储数据,很大程度上是因为磁头距离盘片表面只有纳米级,这是因为所有部件都经过精心构造,然后密封在密闭容器中。光盘价格低廉、可拆卸,而且容易变脏和划伤,因此所有公差都必须大得多。

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