为什么光盘驱动器比硬盘驱动器慢？

Question

我知道硬盘具有更快的访问时间和传输速率，当我搜索为什么会出现以下情况时：

1. 硬盘驱动器旋转速度更快

2. 如果充满氦气，这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，您可以在硬盘上存储更多的数据，因此数据密度更高，因此磁头不必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

但为什么硬盘驱动器旋转得更快，或者为什么它们的机械臂移动得更快？他们为什么不在光盘驱动器内制造机械臂，使其以硬盘驱动器的速度移动？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，头部不能到达螺旋轨道的特定部分并从那里读取吗？

Answer 1

有两个独立的问题：延迟和吞吐量。

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寻道时间

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

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光学读/写头由激光器、探测器、镜子、透镜和多个音圈组成，用于定位头/透镜以进行跟踪/聚焦。整个组件具有多个部件并且相对较重。整个头部组件在蜗轮上移动。

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硬盘磁头由用于读取的微型 GMR 传感器和用于写入的线圈组成。剩下的就是塑料滑块和金属臂；整个组件相对较轻。头部由强大的音圈驱动。这就是为什么寻找速度很快。

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传输率

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CD 驱动器的最高速度约为 10 MB/s。DVD 驱动器的最高速度约为 30 MB/s。蓝光驱动器的最高速度约为 70 MB/s。硬盘驱动器通常达到 100~200 MB/s。

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决定传输速率的两个主要因素是线速度（米每秒）和线密度（比特每米）。

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3.5 英寸外形的台式机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，我将这些评为“足够接近”。

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硬盘驱动器的转速通常为 5400 RPM 或 7200 RPM，旧的企业型号最高可达 15000 RPM。光盘以不同的速度旋转，具体取决于主机读取/写入数据的速度（例如批量读取与流式音频/视频）、驱动器已使用多长时间、需要多少噪音等。光盘在实际驱动器中可以旋转到大约 10000 RPM，不会出现任何问题。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，并且它们具有相同的物理尺寸。显然，HDD 每个区域的数据密度为 1000\xc3\x97。至于线性密度，HDD 的密度是 CD 的 \xe2\x88\x9a1000 = 32 倍。因此，如果将磁头放在光盘上并旋转一整圈，HDD 应该比 CD 多读取 32\xc3\x97 的数据，因为每个磁道上打包了更多的数据。正如我们所看到的，这就是 DVD 和 BD 的传输速率高于 CD 的原因。但即使与便宜的基本 1 TB HDD 相比，25 GB 单层蓝光光盘也绝对相形见绌。然而，多层光盘和多面多盘硬盘使这个计算变得更加复杂。

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奖金

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雪上加霜的是，我的经验表明，将光盘插入驱动器后，大约需要 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差得多，并且在筛选许多光盘时尤其痛苦。

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Answer 2

虽然其他答案是正确的，但还有更多。光学介质的制造成本低廉且重量轻。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，塑料中的缺陷就会开始导致塑料变形。它旋转得越快，扭曲得越多。这种扭曲将使驱动器无法读取它。介质旋转得足够快，它就会失败……剧烈地失败。这是一段视频，显示了极端的变形和失败。

最快的 CD/DVD/BD 光驱最高转速约为 10k RPM。
真正的高端磁驱动器以 15k RPM 的速度旋转，尽管消费类 HDD（以及大容量存储企业 HDD）通常以 7200 或 5400 RPM 的速度旋转。

Answer 3

硬盘在洁净的环境中精密组装并密封。它们可以（而且确实）具有非常高的公差。

CD 驱动器是开放式的，旨在接受干净但表面可能有灰尘和指纹的介质。这些不能按照与密封硬盘驱动器相同的公差来构建。

CD 驱动器转动缓慢。硬盘驱动器的转速为 7200 rpm（某些昂贵的驱动器转速为 15,000 rpm），以便提供更快的数据访问和传输。公差必须不同。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。碰撞中可能会产生颗粒物。

它们是非常不同的设备，用于非常不同的目的，并且设计并不相同。

Answer 4

不要忘记，CD-ROM 是音频 CD 的延伸。底层技术最初是根据音乐而设计的。它的设计速度足以实现音频播放，后来索尼在其之上搭载了 CD-ROM。这不是一种以高速数据传输作为目标用例而设计的格式。

但为什么 HDD 旋转得更快

因为转速（以及一般性能）是硬盘驱动器的设计重点。硬盘驱动器是精密制造的设备。旋转盘的材料成分几乎完全一致，并且永久固定在电机轴上。

另一方面，光驱是为成本比纯粹性能更重要的商业案例而设计的。它们主要由玻璃纤维制成，因为它便宜、透明且重量轻。然而，光盘的密度远非均匀。这意味着它们不像硬盘驱动器中的盘片那样完美平衡。当你旋转不平衡的东西时，它就会摇晃。振动是光驱中的一个巨大问题，因为读取机制涉及从光盘表面反射的激光。振动盘会以一定角度发出反射，从而错过检测器，从而更有可能误读位。这就是驱动器读取速度几十年来没有提高太多的一个重要原因。您是否曾经使用过便携式 CD 播放器并因过度撞击而导致其跳动？这就是正在发生的事情。DVD 和蓝光驱动器实际上比许多 CD-ROM 驱动器旋转得慢，这正是为了最大限度地减少与振动相关的问题。

光盘也是可拆卸的，这意味着它们只能通过摩擦配合系统连接到电机轴上。如果轴旋转太快或加速太快，其对圆盘的抓握就会打滑，圆盘和轴将开始相互磨削。

他们为什么不在光盘驱动器内制造机械臂，使其以硬盘驱动器的速度移动？

这两种驱动器的读取头使用截然不同的机械原理。硬盘驱动器上的读取头看起来有点像电唱机。它是一个悬挂在旋转盘上的长臂，可以旋转以到达盘半径上的不同点。手臂不接触盘片，并且由于一些强电磁体，可以相对快速地在空气中来回摆动。

光盘使用安装在导轨上的激光器。电机拉动链条，使激光模块在轨道上来回滑动。这种类型的机构比硬盘驱动器的空气悬浮读取头具有更大的质量和摩擦力。没有合理的方法可以让它在不损坏任何东西的情况下快速移动。

另外，头部不能到达螺旋轨道的特定部分并从那里读取吗？

当然，这就是您如何查找 CD 上特定歌曲的开头的方法。

Answer 5

硬盘的旋转速度并没有快得多。

HDD 转速范围从 4,200 rpm（超级功率友好）到 10,000 rpm，其中最常见的是 5,400 和 7,200 rpm。市场上曾经有 15,000 rpm 服务器硬盘，但 SSD 使其生产成本不经济，因此自 2016 年以来就不再生产。

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，16x BD-ROM 驱动器以 13,000 rpm 的速度旋转光盘。

所以这根本不是旋转速度降低；而是旋转速度降低。光盘的数据密度较低，因此磁头每转看到的数据较少，这就是限制传输速率的原因。它们的数据密度较低，因为……嗯，它们是非常不同的技术，因此很难进行公平的比较，但让硬盘驱动器在如此小的区域中存储位的很大一部分原因是磁头距离盘片表面仅几纳米，这是可能的，因为一切都是精心构造的，然后密封在密封容器中。光盘价格便宜，可拆卸，并且容易弄脏和划伤，因此所有的公差都必须更大。

Answer 6

这与问题没有直接关系，但它将帮助您理解这里的答案以及为什么必须密封硬盘，这是这里的各种答案中重复提到的一点。

首先，值得指出的是读/写头是多么小。我认为它很大，但无法理解它如何“坠落”成灰尘颗粒。

因此，为了在硬盘上读取和写入磁性信息，HDD 的读/写头的位置非常靠近盘片。它漂浮在盘片表面不到 0.1 微米处。微米（或微米）是百万分之一米，这意味着读/写头距离盘片表面不到百万分之一米的 1/10。

一小块灰尘就会使读写头上下弹动，撞击盘片并损坏其磁性材料。磁头碰撞通常会对硬盘造成灾难性损坏，您只需想象将金属物体放到每分钟旋转数千转的圆盘上即可。即使是最轻微的撞击也会造成重大损坏，使盘片碎片穿过表面。

为了说明这一点，该图比较了读/写磁头、平均灰尘颗粒（2.5 微米）和平均人类头发（50 微米）的尺寸。通过观察尺寸差异，很容易看出盘片上的一小块灰尘或头发如何导致硬盘崩溃，以及为什么内部组件被密封在硬盘组件内。

资源：https://www.dataclinic.co.uk/what-is-a-head-crash-hard-disk-drive-information/ https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/magic-硬盘

同样来自约翰删除的讨论室： 小型驱动器中的盘片通常是玻璃，而不是金属，但在任何一种情况下接触磁性涂层都会损坏它。请记住，硬盘驱动器应该被读取和写入数千次。只读 CD（大多数）根本无法做到这一点，并且任何可写 CD 都不适合进行数千次写入。同样，这两种设备（CD 和 HDD）就像夜晚与白天一样不同。