Какой-то экзотики касаться не буду, только про HDD, SSD, флэшки и компакты/DVD. Итак, что между ними общего? Это энергонезависимые (то есть, не требующие доступа к внешнему электропитанию) системы хранения данных. Что различается? Устройство и принцип работы. Как они устроены:
1. HDD - магнитный диск. Представляет собой алюминиевый блин, покрытый ферромагнетиком, на шпинделе (в дисках большого объёма - больше 500 ГБ, иногда терабайта - несколько блинов), заключённый в герметичный корпус и вращаемый электромотором (обыкновенно со скоростью 5400 или 7200 оборотов в минуту, серверные быстрее), а внизу корпуса расположена плата-контроллер. Над блином висит, не касаясь его, магнитная головка - на самом деле целый кронштейн с несколькими головками, я говорю в единственном числе только для упрощения. Кронштейн двигается другим электромотором, устанавливая головку для записи или чтения в нужное место диска. Головка не касается поверхности пластины диска - эта самая пластина должна быть идеально гладкой, без малейшей пылинки или царапины, иначе магнитное поле изменит структуру. Поэтому корпус диска герметичен, а между головкой и пластиной всегда находится прослойка воздуха (также воздух может быть заменён инертным газом, как правило, гелием). Есть там и циркуляционный фильтр, который задерживает любые частицы пыли. Короче, чистота лучше, чем в операционной. А для выравнивания давления есть и специальные отверстия, тоже закрытые фильтрами (как минимум, в обычных воздушных дисках - с гелиевыми их использовать нельзя, гелий выйдет).
Как производится запись? Как я уже упоминала, пластина покрыта ферромагнитным материалом, который имеет структуру концентрических окружностей-дорожек. Первая дорожка начинается от края пластины, дальше они идут к центру, соответственно, запись на чистый диск тоже производится от края к центру так: головка меняет магнитный момент точки-сектора под собой, назначая ему статус 0 или 1, и потом это считывается как информация. Контроллер на плате преобразует аналоговый сигнал с дорожки в цифровой и наоборот. Рядом с контроллером есть микросхема "оперативной памяти" - она исполняет роль буфера для ускорения чтения и записи данных. Информация сначала загружается в этот буфер, а потом распределяется по диску; если скорость поступления информации превышает пропускную способность буфера или программа неправильно с ним работает, то диск может тормозить и запинаться - например, uTorrent после определённой версии стал часто вызывать такую проблему при скачке (там при этом отображается 100% нагрузка на диск).
Какие у HDD достоинства и недостатки, что с ним можно и нельзя делать? Всё это обусловлено его конструкцией и принципом работы, и, конечно, законами физики. Перечислим.
Достоинства:
Магнитная запись сохраняет свои свойства долго при правильных условиях эксплуатации (жёсткий диск уже давно неспособен "размагнититься", даже если лежит без использования). Практически не подвержен пассивной утечке (хотя периодически подключать и проверять всё же желательно).
Перезапись не ограничена циклами напрямую и в теории можно перезаписывать информацию на диске хоть до бесконечности (на практике это, конечно, снизит работоспособность, но не так резко, как у SSD).
Если жёсткий диск выходит из строя - это в большинстве своём проблема либо его эксплуатации, либо прошивки контроллера.
Недостатки:
В жёстком диске много механических движущихся деталей, причём работающих на огромных скоростях. Это, само собой, даёт износ, что может привести к потере работоспособности.
Из-за этого же жёсткие диски ОЧЕНЬ уязвимы к внешним воздействиям. Тряска/вибрация, удары, перегрев - всё это самый верный способ вывести диск из строя. Сильный удар может нарушить правильность расположения пластин, особенно если их несколько, они поцарапаются друг о друга, а царапина сделает невозможным прочитать информацию. Ну а перегрев может нарушить либо магнитное поле, либо конфигурацию гермокамеры диска, что опять-таки приведёт к дефектам поверхности.
Диск должен работать строго в одном положении - либо горизонтальном, либо вертикальном. Наклонное чревато деформациями из-за инерции.
Низкая скорость доступа к случайной информации (random access speed в тестах HDD) - из-за того, что магнитную головку надо физически перемещать в разные места диска. Из-за этого же жёсткие диски требуют периодической дефрагментации. Почему вообще происходит фрагментация? На чистый HDD информация записывается последовательно, сектор за сектором. Но в процессе работы одни файлы удаляются, другие добавляются - соответственно, сектора, занятые удалёнными файлами, помечаются как свободные и их занимает информация другого файла, файлы разного размера, в итоге файл (особенно крупный типа скачанного фильма или архива данных игры) представляет собой разбросанную тут и там последовательность секторов/кластеров, и при доступе к этому файлу нужно сначала поставить головку на край, потом в центр, потом в середину между ними, и так далее. Дефрагментация пытается пересобрать файлы так, чтобы они стали как можно ближе к последовательной структуре.
Скорость чтения и записи зависит от угловой скорости, а она тем меньше, чем ближе головка к шпинделю, то есть центру. Чисто физика - самая большая угловая скорость у края вращающегося круга.
Также стоит учитывать, что мотор шпинделя потребляет увеличенную мощность при запуске жёсткого диска - пусковой ток (это происходит при включении компьютера, в дальнейшем жёсткий диск вращается непрерывно, пока компьютер не отключат), это может повлиять на необходимую мощность ИБП, если вы его выбираете.
P.S. Опасно ли для жёсткого диска внезапное отключение питания? В теории - да, т.к. магнитная головка может упасть на поверхность и поцарапать её. На практике производители давно уже сделали автоматизированную систему парковки головок, которая работает на остаточном токе и успевает "припарковать" головки в специальной области, где они не повредят пластинам.
2. SSD (и сюда же можно отнести флэшки), или твердотельные накопители. Это устройства на основе микросхем памяти, механических частей в них нет, а информация хранится как состояние электрического заряда в ячейке памяти. Ячейка устроена по принципу транзистора с плавающим затвором, работает это так: чтобы заряд не утекал, когда память не используется, ячейка изолирована тонким слоем диэлектрика, который "пробивается" внешним током, когда надо производить операции чтения/записи, и изолирует её, когда этого не надо. Поскольку в конструкции нет механики, она лишена многих недостатков жёсткого диска.
Достоинства:
Работает без проблем в любом положении, не боится тряски и ударов.
Не надо ничего парковать при внезапном отключении питания.
В случае SSD ещё и огромная скорость чтения и записи, включая random access speed. Не имеет значения фрагментация файлов, т.к. доступ осуществляется не механически (от контроллера запрос на головку, та физически смещается в нужное место и передаёт считанное), а напрямую через контроллер.
Но, конечно, есть и недостатки! И они опять-таки связаны с законами физики:
Не существует идеальной изоляции. Что это значит? Значит, при долгом неиспользовании электрический заряд будет постепенно вытекать из транзисторов через плавающий затвор, в конечном итоге ток станет слишком слабым, и информация сделается нечитаемой (именно поэтому и говорят, что SSD нельзя долго хранить без включения).
Ограниченное число циклов перезаписи у памяти NAND. Операция смены электрического заряда в ячейке накапливает необратимые изменения структуры, плюс происходит взаимная диффузия атомов, а ток её ускоряет. Чем плотнее компоновка ячеек, тем потенциально меньше срок службы - поэтому, например, многие отмечают, что древние флэшки на 128-256 МБ служат исправно до сих пор, а современные на несколько гигов быстро теряют читаемость.
Для борьбы с износом SSD критически важна хорошая прошивка контроллера - контроллер занимается распределением информации между ячейками так, чтобы нагружать их равномерно, а ещё SSD нельзя забивать под завязку - нужно оставлять свободное место (для системного - не менее 10% общего объёма). Оно используется как резервная область, ячейки которой подключаются в том случае, если какая-то из использующийся становится нечитаемой.
Флэшки по своему фундаментальному принципу устроены так же, хотя флэш-память в них использует более старую технологию и не такая быстрая, как в SSD, и контроллер хуже.
P.S. Но помимо обычных NAND SSD существуют также RAM SSD, где используются энергозависимые микросхемы памяти, как в оперативке. Поскольку RAM энергозависима, такой SSD требует постоянного питания и снабжён аккумулятором на случай отключения электричества, чтобы не потерять всю информацию. Они, в свою очередь, никак не ограничены циклами перезаписи и качеством изоляции, но стоят дорого и поэтому используются в основном в крупных серверных системах хранения данных и рабочих станциях.
3. Компакт-диски (CD, DVD, Blu-ray) - оптические носители информации, запись и чтение производятся с помощью лазера. Устроены так (послойно снизу вверх): прозрачная пластиковая подложка, очень тонкий слой металла, защитный лак, опционально принт сверху (логотип производителя, арт обложки игры и т.д.) Диск кладётся в CD/DVD/BD привод подложкой вниз, через подложку светит лазер. Информация на диск записана как последовательность углублений разной длины в металлической фольге, лазер отражается от углубления с меньшей интенсивностью, чем от чистого места - эта разница в интенсивности и считывается как данные. Записанный компакт-диск фактически представляет собой отражательную дифракционную решётку с периодом (расстоянием между ячейками), зависящим от того, под какой лазер - и объём записи - она рассчитана. У обычных CD период решётки 1,6 мкм, у DVD 0,74 мкм, у BD - 0,32-0,35 мкм (320-350 нм). Это налагает требования к лазеру, и Blu-ray (синий луч) так называется именно потому, что записывать и читать его можно только сине-фиолетовым лазером с длиной волны 405 нм, в то время как CD и DVD записываются красным лазером (обратная совместимость при этом работает - BD-привод способен читать CD/DVD).
Главное достоинство компакт-дисков - они в теории вечные, ну или, по крайней мере, информация на них живёт невероятно долго. Но нужно соблюдать условия хранения:
не подвергать нагреву
беречь от пыли и царапин (причём самые опасные царапины не снизу, т.к. там подложка, а сверху, где только тонкий слой лака и краски)
лучше всего хранить в футлярах в вертикальном положении
А ещё на читаемость влияет состояние линзы лазера - она может засориться пылью, и тогда её придётся прочистить, чтобы привод нормально работал. Недостатки оптических дисков связаны с капризностью к условиям хранения/чтения, а также к характеристикам лазера - это ограничивает плотность записи (хотя это уже хакнули с помощью особой технологии самого диска и благодаря использованию непрерывного лазера вместо импульсного).
Недостатки оптических дисков:
Низкая скорость чтения и записи. Вот эти 4х, 48х, 52х - это стандарты скорости, где х составляет 150 КБ/с или 75 секторов в секунду. Как понимаете, никакого сравнения даже с USB 3.0 флэшками, не говоря уж о хардах и ССД.
Необходимость в специальном устройстве, а для записи - ещё и специальном ПО, в то время как записывать на диски и флэшки умеет любая ОС из коробки.
Процесс записи чреват ошибками и требует верификации.
Очень плохая перезаписываемость - у DVD-RW в ресурс заложено примерно 1000 циклов перезаписи.
Какой вывод из этого можно сделать? У каждой технологии своя область применения, а лучший способ обеспечить сохранность информации - бэкапы на разные носители + облако. Если у вас ПК - не ограничивайтесь одним ССД, купите в него ещё хард. Если ноутбук - обзаведитесь внешним диском в дополнение. Ну и DVD-RW не стоит списывать со счётов, они ещё пригодятся для архива фото, например.
