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机械硬盘和固态硬盘
存储设备包含软盘和硬盘，硬盘分为机械硬盘和固态硬盘。
机械硬盘
- 推荐这个可视化原理讲解视频，还不错。
机械硬盘包含：盘片和摆臂。
- 盘片：一般由铝合金或者玻璃作为基底，在基底上附着一层钴铬铂合金制成的磁性材料，这层磁性材料被划分成一块一块的区域。通过在外部施加磁场，就可以将这些区域进行磁化，使其具备磁性。不同的磁化方向就可以表示不同的数据。盘片被安装在一个无刷电机上面，工作的时候，盘片会被无刷电机带动旋转。硬盘的转速，就是指这个电机工作时候每分钟能转多少圈。
- 摆臂：对盘片上面数据进行读写的，则是这个摆臂结构。摆臂的运动结构有一组线圈和两块强磁铁组成。给线圈通电就会产生磁场。这个磁场会和两块强磁铁作用，带动摆臂进行摆动。摆动速度可以达到每秒钟20次。摆臂的末端就是用于读写数据的磁头。
| 盘片和摆臂 | 磁道和扇区 |
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在摆臂的带动下，磁头可以从盘片的上方划过。配合盘片本身的转动，磁头可以到达盘片上任意一个点。磁头在读写数据的时候，并不会触碰到盘片，而是悬浮在盘片上方约15nm左右的地方。如此精密的机械结构，其运行环境必须保证无尘，所以硬盘都是被严密封装起来的（机械硬盘的封装方式有空气和氦气封装，空气盘需要与外界换气（有专门的通气孔和过滤海绵），氦气盘则完全密封，内部填充氦气且为负压。氦气盘的寻道、读写速度一般比空气盘更快（因负压环境下磁头和电机的气体阻力更小），但是电机和磁头的运行噪音更大）。
可以将盘片上的区域划分成若干个同心圆轨道。这一圈圈的轨道就被称之为磁道。摆臂的运动就可以将磁头精准定位到某一条磁道上面去。现在的机械硬盘，单个盘面就可以划分出来50万个磁道。可以将磁道进行进一步的划分，将磁道分割成一个一个的扇区。分为同步区（写入固定信息，方便磁头定位开始位置）、地址区（存放位置信息，第几磁道、第几扇区）、数据区（存放数据，每一个扇区可以存放4KB的数据）、校验区（磁头通过校验里面的信息，就可以知道前面的数据区存放的信息是否被损坏。例如磁盘坏道检测的原理）。
数据读写
扇区可以被划分成若干可以被单独磁化的单元。在第一个单元旁边放置一个电磁铁，并且给电磁铁的线圈通电。此时，电磁铁就会产生一个磁场，这个磁场就会将这个单元进行磁化。此时，就算断开电磁铁的电源，这个单元中的磁性也不会消退，并且其磁性能够保持非常久的时间。移动电磁铁可以将其他的单元也进行磁化，而调整电磁铁线圈中的电流的方向就可以调整磁场的方向，进而可以调整单元的磁化方向。这些单元的不同的磁迹方向就可以表示数据0或者数据1，这就是机械硬盘写数据的原理，实现上就是用一个电磁铁将这些单元进行磁化。目前有多种方式来实现数据写入：
- LMR水平式磁记录：磁化单元式水平的，总面积有限时，比较耗费空间，已被淘汰。
- PMR垂直式磁记录：也可以做成竖直的，此时电磁铁的一端会做得非常尖锐，尖锐的一端产生的磁感线比较密集（磁力集中），作用到盘片上面，磁化方向也变成了竖直的。而电磁铁的另一端做得比较平，这里的磁感线就比较稀疏，磁力被分散就不会对盘片进行磁化。
这种垂直式磁记录并不是N级朝上就代表1，N级朝下就代表0。虽然这种方式最简单直接，但是实际使用的过程中并不会使用这种方式。而是根据单元交界处磁场的强弱来进行数据的存储。磁场强的存的就是数据1，磁场弱的存的就是数据0。也就是说并不是使用磁记的方向来表示数据，而是使用磁记的变化所产生的磁场强弱来表示数据。此时所要检测的就并非是磁记的方向而是磁场的强弱。检测强弱比检测方向要简单得多。
可用磁电阻效应检测磁场强弱：某些金属或者半导体材料在不同的磁场中会呈现不同的电阻值。那么使用这种材料当作读取头，只需要测量其电阻的大小，就可以知道当前位置的磁场强度。1988年，人类又发现了一种现象：将磁性材料例如铁和非磁性材料例如铜，所制成的薄膜交替叠加。这种结构对磁场更加敏感。微弱的磁场变化就可以引起这种材料巨大的电阻变化，被称之为巨磁电阻效应。巨磁电阻效应的发现使得机械硬盘的容量得到极大提升。
数据容量
利用巨磁电阻效应所制成的读取头具有极高的灵敏度，这些磁道上的单元就可以做得小一点，紧密一点，磁道的密度也可以升高一点，盘片存储的数据容量自然就提升了，使用了巨磁阻磁头的硬盘的存储方式为GMR巨磁阻磁记录方式。读取头可以做得非常小，但是写入头，为了维持足够磁化盘片的磁力是不能够做得太小的，导致写入头成了磁道密度提升的最大阻力。有几种方式来提升硬盘容量：
- SMR叠瓦是磁记录（叠瓦盘）：容量大、写入速度低，适用大量读取少量写入的场景
假设我们要往一条磁道里面写数据，会把旁边第二条磁道的数据给破坏掉，厂商先把第二条磁道数据给读一遍，等写完第一条之后，移动一下磁头，把第二条磁道上原来的数据再给它写回去。以此类推，直到某一个磁道上面原先没有存数据，它才会停下来。这种硬盘每次写入数据的时候，都会把旁边的磁道给覆盖一遍，就如同防伤的瓦片一样，一层一层到，所以这种硬盘又被称之为叠瓦盘SMR。叠瓦盘里，磁记的方向也是垂直的，所以叠瓦盘也属于PMR。
- CMR常规式磁记录（）：
说到底写入头无法做得更小的核心原因，就是小写入头无法提供足够的磁力来磁化盘片，对于一块磁性材料进行磁化，可以分为两种场景，第一，这块磁性材料原本是没有磁性的，我们对其进行磁化是其具备磁性。第二，这块磁性材料原本就是存在磁性的，我们要将它的磁迹方向进行翻转。显然磁性翻转需要的磁力更大，因此可以先消磁，再写入。so写入头的体积就可以做小了。又分为热辅助磁记录和微波辅助磁记录，单盘容量可以突破18TB
- HAMR热辅助磁记录：在磁头上面加装一个激光发射器，在进行写入的时候发射极其细小的激光束，将要写入的区域加热到400-700度左右，在这个温度下这片区域就会被消磁，之后磁头过来进行新数据的写入。（西数、希捷的机械硬盘）
- MAMR微波辅助磁记录：加装了一个微波发射器，在进行写入的时候，微波发射器会发射微波，微波会对要写入的区域进行消磁，之后磁头再过来进行新数据的写入。（东芝机械硬盘）
固态硬盘
量子隧穿效应--> 浮栅-->MOS-->浮栅晶体管
- SLC：用一个阈值电压来测试，不存电子代表1，存电子代表0
- MLC：一个浮栅晶体管
- TLC：
- QLC：
浮栅晶体管阵列：2D NAND 3DNAND
GPU
GPU版本：
