你的硬碟有多快？，教你提升硬碟NAS讀寫效能

本文由什麼值得買使用者原創：BigBubbleGum

速度是每個極客的追求，為了提升充電速度，我研究了各種充電頭，寫了篇「關於PD快充和快充充電器選購指南，看這一篇就夠了」，還被張大媽首頁推薦了。今天我們就來聊一聊機械硬碟 / 固態硬碟 / 隨身碟 / NAS 等裝置的理論極限速度是多少，看看讀寫速度受限到底出在哪個環節，以及如何提升日常所用硬碟的讀寫速度，讓你的硬碟發揮到理想效能。

一、速度基礎知識

談及速度就要首先要明確下「速度單位」的概念：

位元（bit，b）

是表示資訊的最小單位，是二進位制數的一位包含的資訊，只有兩種狀態：0 和 1。例如：一個計算機的字長為 16 位元，即 16 個二進位制位，則它所表示的數值資訊即為 0-65535 。

位元組（Byte，B）

是計算機資訊科技用於計量儲存容量的一種計量單位，作為一個單位來處理的一個二進位制數字串，是構成資訊的一個小單位。最常用的位元組是八位的位元組，即它包含八位的二進位制數。

1 Byte = 8 bit

。

B 與 iB 的區別

：1KB（Kilobyte）= 1000Byte，1KiB（Kibibyte）=1024byte。硬碟生產商是以 GB（十進位制，即 10 的 3 次方，如 1GB = 1000MB，1MB = 1000KB）計算的，而電腦（作業系統）是以 GiB（2 進位制，即 2 的 10 次方，如 1MiB =1024KiB）計算的。但是國內使用者一般理解為 1MiB = 1M =1024KB，所以為了便於中文化的理解，翻譯 MiB 為 MB 也是可以的。同樣根據硬碟廠商與使用者對於 1MB 大小的不同理解，硬碟實際容量按計算機實際的 1MiB =1024KB 算都不到標稱容量，這也可以解釋為什麼新買的硬碟「缺斤短兩」並沒有它所標示的那麼大。比如我買的兩塊大小分別為 2T 和 500G 的硬碟在電腦上顯示實際容量只有 1863GB 和 465GB。

頻寬（bps）

指單位時間能透過鏈路的資料量。通常以 bps（bit per second）來表示，即每秒可傳輸之位數。我們所說的網速、傳輸速度是指每秒傳輸的位元組（MB/s，KB/s）。常見的千兆路由器、百兆寬頻網路都是指的 Mbps，要換算成網速的話還得除以 8。比如 100M 頻寬 = 12。5MB/s 網速，千兆網路理論最大傳輸速度為 125MB/s（ 1Gbps = 1Gbit / second = 125 MB/s）。所以就不要抱怨你家的幾十兆電信寬頻咋沒有幾十兆的下載速度啦~

二、硬碟能有多快

1、硬碟原理與理論速度

機械硬碟（HDD）

主要由：碟片，磁頭，碟片轉軸及控制電機，磁頭控制器，資料轉換器，介面，快取等幾個部分組成。磁頭可沿碟片的半徑方向運動，加上碟片每分鐘幾千轉的高速旋轉，磁頭就可以定位在碟片的指定位置上進行資料的讀寫操作。資訊透過離磁性表面很近的磁頭，由電磁流來改變極性方式被電磁流寫到磁碟上，資訊可以透過相反的方式讀取。

固態硬碟（SSD）

是用固態電子儲存晶片陣列而製成的硬碟，具有快速讀寫、質量輕、能耗低以及體積小等特點，不過一旦硬體損壞，資料較難恢復等，快閃記憶體具有擦寫次數限制的問，耐用性（壽命）相對較短。

硬碟一般都是透過

SATA

介面與主機板相連，雖然 SATA3 介面的理論速度是 6Gbps，但機械硬碟沒一個能夠跑滿甚至說摸到 50% 都是奢望。此外機械硬碟的傳輸速度跟所傳輸的檔案大小有關係，檔案越小越碎片的話速度越慢。目前傳統硬碟傳輸速度平均 250MB/s（來源）。也有種說法是讀寫平均速度約在

60 ~ 170MB/s

之間（來源）。而採用 SATA 介面的固態硬碟速度在

500MB/s

左右，NVMe 固態能達到

3000MB/s

。

（圖片來源【呼呼科普】瞭解固態硬碟SSD，竟然如此簡單！）

2、機械硬碟快取

快取為機械硬碟的讀寫提供高速的資料緩衝，無論是向硬碟寫入資料還是讀出資料都是先讀到快取然後在輸入電腦的，藉以保證資料傳輸的穩定性和更高的速度。更大的快取記憶體容量可以大幅提高機械硬碟的突發讀寫速度，特別是當機械硬碟需要頻繁修改資料時，可以使其效能發揮到極致，又可以大幅提高機械硬碟的壽命。

由於快取的作用，傳輸大檔案的時候開始速度很快，後來速度慢慢降下來，這裡牽涉到兩個概念：

硬碟的平均傳輸速率

和

突發傳輸速率

。

突發傳輸速率

是硬碟在接到讀寫命令的瞬間，從硬碟快取中讀出資料的速度，由於快取是半導體，其讀寫速度遠大於硬碟實際讀寫速度，甚至可以達到 GB/s級別。

平均傳輸速率

主要由硬碟的轉速和磁頭尋道時間決定，這個速度就是後期穩定速率，是硬碟接到讀寫命令、驅動磁頭尋道、讀寫資料、然後經外部介面將資料送出的速率，是硬碟實際持續工作可以達到的速率。也就是上面說到的 60-250MB/s。

3、機械硬碟 PMR 與 SMR 技術

我們平常選購硬碟只注重品牌、容量、轉速等引數，其實除了這幾項之外還有項廠家從來不標，普通消費者也無從得知，卻是很重要的引數——硬碟驅動器（HDD）磁性記錄技術。主要有兩種：垂直磁性記錄（PMR）和疊瓦式磁性記錄（SMR）。具體原理和區別可以看 B站 bonjour呼呼的影片，和知乎問答為什麼目前市面上的機械硬碟大都不標註是否使用SMR技術？

簡單說就是 SMR 技術在

提升單碟容量的同時，減少了碟片數量，也降低了售價

。不過 SMR 硬碟在改寫資料時會覆蓋掉鄰近磁軌的資料，要先把這些資料存到臨近的緩衝區，然後寫入新資料，再把舊資料寫回去，導致

掉速、發熱、噪音

等問題。使用 SMR 技術的硬碟在剛買來的「空白」狀態下可能和非 SMR 硬碟無異；但在使用一段時間、磁碟空間逐漸被資料填滿後，SMR 的問題就會開始暴露了，也就是讀取資料沒問題，但寫入（改寫）資料會特別慢，

SMR 硬碟容量越滿，寫入越慢

。

一般來說，快取為 64MB 的都是垂直技術（PMR），256MB 的都是疊瓦式。買機械硬碟的話儘量繞開 SMR 硬碟，選購指南可以參考小白購買機械硬碟避坑以及選擇指南。也可以檢視這個 Excel 表格連結，裡面有希捷/西數/東芝等兩百多款機械硬碟的詳細引數，讓你一眼辨別你的硬碟是不是 SMR。現在非 SMR 硬碟越來越少了，你的硬碟就算是 SMR 也別太擔心，既然 SMR 作為一種新技術並大規模的商用了，日常使用也是沒有什麼問題的，畢竟硬碟都有兩年質保，免費換新呢，不過官方質保並

不包括資料恢復

，平時還是要做好

資料備份

，要知道硬碟可是整套電腦主機裡面最容易故障的硬體。

4、硬碟讀寫速度測試

瞭解完 HDD 和 SSD 的理論速度上限後，接下來測試下我手上的幾塊機械硬碟和固態硬碟看看實際傳輸表現如何。我的幾塊硬碟買的都比較早，之前買的時候也不懂，現在看了下，NAS 和電腦裡面幾塊希捷機械硬碟都不是疊瓦的，不用擔心容量快滿了掉速的問題。不過這幾款已經停產了，現在希捷 2T 款機械硬碟都是疊瓦式的了。固態硬碟宿舍用的是東芝 Q300，一款 TLC 顆粒的 240GB 固態硬碟。教研室之前用的是三星的 850 EVO，只有 120GB，用滿了之後換了個 500GB 的 860 EVO。不要問我為啥不買更好的 MLC 顆粒的，學生黨窮啊。

測試硬碟速度的時候要在兩個硬碟之間複製才是

平均傳輸速率

，如果複製檔案是在一個硬碟不同分割槽進行，最後的速度要慢於平均傳輸速率，因為硬碟要同時進行讀寫操作。下面是測試軟體 CrystalDiskMark 的介面介紹。

CrystalDiskMark 測速結果如下所示：

測試結果表明希捷的新款 2TB 機械硬碟的整體效能比老款 500GB 和 1TB 的硬碟好些，不過差別不是太大。固態硬碟效能全方位領先機械硬碟，

大容量的固態硬碟效能明顯比小容量的要更好

（具體原因可以看上面提到的呼呼的科普影片）。SSD 連續讀測試（seq）速度差別不大，寫速度是 HDD 的 2-3 倍。

4K 隨機讀寫速度

跟機械硬碟不是一個量級的，這也是固態硬碟真正比機械硬碟強大的地方，像 DLL 一類的小檔案，在軟體執行時會頻繁地呼叫它，尤其是在啟動的時候。而 SSD 的優勢就是快速地讀寫這些小檔案，從而使磁碟效能提升，不會出現卡頓。

跑分結果只能做個參考，接下來看看實際在硬碟間複製一份大電影檔案速度如何：

可以看到從 SSD 寫入 HDD 或者 HDD 同磁碟之間的寫入能達到 200MB/s，這應該是機械硬碟寫入速度的上限了。而 HDD 不同磁碟之間的傳輸受到同時讀寫操作的影響，速度降到了 50MB/s，希捷 1T 硬碟速度圖還能看到明顯的三角形曲線，這是由於硬碟讀寫的區域不同（靠近圓心或者遠離），或者磁碟出現壞道導致的。

從 HDD 寫入 SSD，受到 HDD 讀取效能的影響，兩塊三星 SSD 的寫入速度只有 150MB/s，固態硬碟之間的讀寫速度達到了 250MB/s，東芝 SSD 的表現讓人大跌眼鏡，同樣是 TLC 固態硬碟，效能比三星的也差太多了吧！

5、USB2。0 VS USB3。0 隨身碟讀寫速度測試

硬碟速度測試完了，手上還有一些 USB2。0（黑色內芯）、USB3。0（藍色內芯）的隨身碟和行動硬碟裝置，也來測試下它們的讀寫速度。

可以看到 USB2。0 和 USB3。0 的速度差太多了，基本可以和 USB2。0 的裝置說拜拜了。同樣是 USB3。0 的隨身碟和行動硬碟的讀取速度差別不大，而寫入速度卻相差十幾倍。也就是要跟別人分享你下載的小姐姐的話拿行動硬碟複製要比隨身碟快上十倍的時間。

6、硬碟小結

目前提升機械硬碟速度的方法主要是

加大快取

和

提升轉速

。理論上快取是越大越好的，但是必須考慮的一個問題就是價效比，大的快取成本是很高的，但是其帶來的效能提升往往是沒有想象中的大，現在的 PMR 硬碟大都是 64MB 快取，SMR 由於寫入特性一般是 256MB。

至於

轉速的話也不是越高越好

，越高的轉速意味著更大耗電和噪音，在移動和碰撞時也更容易損壞，現在主流的 2。5 英寸筆記本硬碟是 5400 轉的，3。5 英寸的桌上型電腦硬碟的是 7200 轉。15000 轉/分的硬碟多數都是用在伺服器上面，伺服器是一旦上架幾乎不會移動的，而且伺服器硬碟多數都做了raid，因此也不怕壞個把硬碟，因此才會為了追求讀寫速度、忽略硬碟損壞的風險，更加不用考慮耗電高和噪聲大的問題了。

希捷還曾宣佈引入多驅動電機技術，使得 HDD 的效能翻番。雙電機意味著可以傳遞 / 檢索多一倍的資料，也就是讀寫效能翻倍。不過由此帶來了成本和重量問題，該技術還未見產品面世。

如同電池技術一樣，機械硬碟的效能提升放佛遇到了瓶頸停滯不前，7200 轉/分和 64MB 的搭配已經快十年沒啥變化。5G時代即將來臨，勢必對讀寫速度提出更高的要求，接下來就要看固態硬碟的了，至於是 SLC、MLC 還是TLC 又是一個很深的話題了。

總結一下，有錢就上固態硬碟，尤其是系統盤，SSD 會帶來整機效能質的提升。價效比較高的機械硬碟依然是裝機必備，機械硬碟儘量選擇非疊瓦技術的，隨身碟至少要買 USB3。0 的，同時配套的 USB-HUB 也要是 USB3。0。這樣就是當下發揮硬碟效能的最優解啦！

三、NAS 能有多快

NAS（Network Attached Storage：網路附屬儲存）是

私有云

，也是雲端儲存的一種。簡單來說就是把你的硬碟插上網線，使硬盤裡的內容連上網，你在任何其他地方都能訪問。

百度網盤之類的公有云資料儲存在百度公司的伺服器上

，

而NAS的資料儲存在你本地的硬盤裡。

NAS具體介紹之前在我的公共號裡寫過一篇安利 NAS瞭解一下，有興趣的可以看一下。NAS可以實現遠端訪問、檔案共享、資料備份、搭建伺服器等等功能，總之是非常非常推薦的。

目前來說，價格還是影響 NAS 普及的主要原因，NAS 的硬體門檻不高，主打的軟體服務也沒有太大的技術壁壘，我相信日後隨著諸如價格屠夫小米之類的網際網路廠商參與進來，NAS 的價格會降到普通人能買來體驗的水平，到那時 NAS 可能就會跟行動硬碟一樣成為生活中不可或缺的電子裝置之一了。

我用的是群暉入門款雙盤位 NAS - DS218J，兩塊 2T 的硬碟組成 raid1，實現資料的冗餘備份，保證資料安全。可以方便的從任意終端（筆記本、桌上型電腦、手機、ipad）訪問，透過手機上的 DS Photo 一鍵備份所有手機照片，省下一大筆購買 iCloud 的錢。

NAS 與電腦傳輸資料走的是網線，那麼傳輸速度就會收到網線頻寬的影響，百兆網線理論傳輸速度 12。5MB/s，跑滿應該不成問題，千兆網線理論傳輸速度 125MB/s，看起來也不低了，跟硬碟之間的理論傳輸速度差不多。那麼 NAS 的讀寫速度有哪些影響因素呢，怎麼才能達到理論速度呢？在我看來主要有以下幾點：

1、百兆網路 VS 千兆網路

上面說了，千兆網路的頻寬是百兆網路的十倍，我們來測試下真是情況如何，首先測試下百兆網路，使用的是水星100M 交換機，將電腦和 NAS 都連到百兆交換機上。

可以看到在百兆網路環境下，考慮到各種損耗，硬碟讀寫速度 11MB/s，基本已經跑滿百兆帶寬了，百兆網路顯然已經喂不飽 NAS 了。

接下來換成千兆網路測試一下，使用中高階的華碩AC-66U千兆路由器，上圖是我宿舍目前網路的實際拓撲圖。宿舍網路一般都是幾十兆寬頻，所以用個普通的百兆交換機就夠了。由於我既有校園網需求（ipv6下影片，校內資源訪問），又有電信網需求（玩遊戲、看影片速度快），就整了個MT-VIKI 的 RJ45-2 網路切換器。當 SWITCH 切換到電信網的時候，NAS 就透過路由器和電腦連上了。電腦和 NAS 交換資料走的是二層的千兆路由器，一層的百兆交換機不會造成影響。

實測 NAS 和電腦之間相互傳檔案的速度達到 100MB/s，基本接近千兆網線的極限速度了，是同一硬碟不同分割槽之間的 50MB/s 複製均速的兩倍。

千兆網路的傳輸速度還是讓人滿意的，確實是百兆網路速度的十倍。那麼萬兆網路呢？雖然目前萬兆路由器、萬兆網線和萬兆網絡卡都比較貴，市面上還是有的賣的，那麼全都換上萬兆裝置能大幅提升 NAS 讀寫速度嗎？答案是讓人失望的，由於木桶理論，傳輸速度受到速度最低那個裝置的限制，在萬兆網路環境下，實際讀寫速度就受限於機械硬碟的 150MB/s 的速度瓶頸。

那麼換成讀寫速度最快的固態硬碟呢？嘿，還真有人這麼幹了！ B站翼王就 DIY 了一臺萬兆網路NAS，將 NAS 和主機的萬兆網絡卡用光纖直連，在記憶體快取的作用下，複製小檔案速度達到了 1GB/s，真是太爽了！雖然從機械盤拷檔案還是會受機械盤本身速度的限制，但是網路不會成為瓶頸，同時幾個硬碟考進去也不會衝突。

那麼，再快十倍，使用十萬兆網路呢？翼王又這麼幹了！使用雙口 56G 網絡卡鏈路聚合後搭建了 10萬兆寬頻。當然成本也是非常高的，光支援 56G 頻寬的網線就得 200 塊一米，鏈路聚合需要兩根一起工作價格再翻番。光是單個介面 56G 的速度換算到 Windows 下都有 6000MB/s 的讀寫，而我們平時用的 NVMe 固態只有 3000MB/s 的讀取和 2000MB/s 的寫入，目前最快的固態硬碟都已經不夠用了。然後。。。。。就只能將記憶體當硬碟用了！翼王把 6 根 8G 記憶體條分了下，每邊當 24GB 的硬碟使用。

受到系統核心、CPU 效能等限制，檔案傳輸只能點對點跑單通道，做不了連鏈路聚合，軟體依然跑出來 5700MB/s 的成績。

直接透過任務管理器複製檔案，達到了 2GB/s，這時候的瓶頸就出現在資源管理器身上了，它需要實時顯示剩餘時間和複製速度，做檔案驗證等等。

現在的傳輸速度都是以 MB/s 為單位的，相信在不久的將來，就像 MB/s 取代 KB/s 那樣，GB/s 和 TB/s 都會成為日常吧！

2、超五類 VS 六類網線：

超五類線可以傳輸千兆網路，考慮到傳輸損耗的話就低於千兆了。6 類網線可以提供 2 倍於超五類網線的效能，並且具有更小的串擾，回波損耗方面也要好很多。那麼換成 6 類網線的話會不會提升 NAS 與電腦之間的傳輸速度呢？

我手上沒有 6 類網線，找了個網上的測試看一看。

可以看到超五類網線和六類網線的傳輸速度基本沒有什麼區別，為什麼會這樣呢？首先機械硬碟固有的速度瓶頸是無法突破的，換成六類網線頂多跑滿千兆網路極限。其次對於家庭網路而言超五類線已然夠用，在短距離下超五類線與六類線的速度差別並沒有指標上那麼明顯，更多的是在遠距離傳輸下才會體現出差距。總之就是：換網線沒啥用。

3、鏈路聚合技術

鏈路聚合指將多個物理埠匯聚在一起，形成一個邏輯埠，以實現出/入流量吞吐量在各成員埠的負荷分擔，交換機根據使用者配置的埠負荷分擔策略決定網路封包從哪個成員埠傳送到對端的交換機。當交換機檢測到其中一個成員埠的鏈路發生故障時，就停止在此埠上傳送封包，並根據負荷分擔策略在剩下的鏈路中重新計算報文的傳送埠，故障埠恢復後再次擔任收發埠。鏈路聚合在增加鏈路頻寬、實現鏈路傳輸彈性和工程冗餘等方面是一項很重要的技術。

在 NAS 上所說的鏈路聚合就是用兩根網線同時把你的電腦、NAS 和路由器連到一起，每個網線分擔一半。這樣就能實現頻寬翻倍，前提是你的 NAS，路由器，電腦都需要支援鏈路聚合（有兩個網口）。

不過

鏈路聚合技術只是頻寬翻倍

，並不能實現單使用者傳輸速度翻倍。也就是適合多個使用者訪問 NAS 的使用場景，比如兩臺電腦同時訪問 NAS，每個使用者都有 100MB/s 的速度，互不衝突。單個使用者訪問的話還只是 100MB/s 千兆網極限速度。

4、NAS 小結

要想提升家庭NAS的傳輸速度，最重要的還是路由器效能。千兆網路是必不可少的，所以去挑一臺

更快更好的千兆路由器吧！

四、全文總結

上表是目前與硬碟相關的協議與速度總結，目前硬碟類產品最快的就是雷電3 了，高達 40Gbps 的傳輸速度使其能夠雙 4K（4096×2160）60Hz 顯示器輸出，或外接 GTX2080Ti 顯示卡。再快的話就是記憶體了，DDR3 1600Mhz 的記憶體頻寬速度就是 1600Mhz*64/8 = 12。8GB/s，上面提到的翼王拿記憶體條當硬碟使，讀寫速度輕輕鬆鬆突破5GB/s。

機械硬碟選購的話儘量

避免疊瓦式

的，固態硬碟的話得看清楚

M.2 介面

的走的是 SATA 通道還是

PCI-e 通道

，主機板不支援的話就買個靠譜的 SATA 介面 SSD。隨身碟沒啥說的，選 USB3。0 的就好了，USB3。1 介面的隨身碟目前沒啥必要，畢竟大部分電腦的介面還只是藍色內芯的 USB3。0，等將來主機板上普及了 Type-C 介面再說吧。

硬碟產品的實際傳輸與很多因素有關，

讀取速度比寫入速度快得多

。表最後一項產品

實際常見速度

是目前做的最好的產品在最佳環境下的理想速度，大部分使用情況下是達不到這個速度的，不過最低也要能達到