存儲市場上一直存在固態硬碟（SSD）和機械硬碟（HDD）的競爭。論綜合性能，SSD遠高於HDD，是大家選購存儲設備時的理想選擇。早期消費級SSD存儲容量一般不高，並且價格昂貴，讓很多消費者望而卻步。不過這兩年，消費級SSD的存儲容量不斷提高，目前市場上也有4TB的產品可選；同時SSD的價格也在不斷下跌，眼下採用原廠TLC顆粒的500GB固態硬碟售價也降到了300多元。SSD的這些進步令HDD的處境越來越尷尬。
不過，儘管SSD取代HDD的聲音越來越大，但在存儲容量以及價格上的客觀優勢，HDD還是有的，並且它越來越偏向於被網友當做長期備份和存儲數據資料的數據倉庫來使用。在今天數據信息爆炸的年代，相信很多人都有大量可能不經常使用但又捨不得刪除的資料需要長期保存，這些資料需要單獨的硬碟來存儲，機械硬碟，目前來講是存放這些資料的最合適的選擇。在這種場景下，硬碟容量的重要性很高，而在給HDD擴容的道路上，廠商們做過很多嘗試，其中有PMR和SMR的區別。或許很多小夥伴對此並不了解，今天IT之家就為大家介紹一下機械硬碟PMR和SMR兩種技術的區別。
1、機械硬碟運行的原理
目前很少有廠家會在機械硬碟的產品包裝中註明該產品採用的是PMR還是SMR技術，對於HDD來說，這是一項比較深的技術參數，但是如果消費者購買不當的話，在一些使用場景下還是會比較坑的。而如果想更清楚地了解PMR以及SMR的區別，還是要從機械硬碟基本的結構原理說起。
如圖，是一個機械硬碟的內部結構示意圖，它的主要部件包括主軸、磁碟、磁頭，其他部件包括空氣過濾片、音圈馬達、永磁鐵等。
其中，主軸下方包含馬達電機以及軸承；
磁碟又被稱作碟片，多採用鋁合金材料，被固定在主軸電機的轉軸上，工作的時候磁碟會隨著主軸進行高速旋轉，並且通常硬碟內的碟片數量都不止一片，當然，也不會很多。磁碟是用來存儲數據的，具體如何存儲數據，是我們後文要說的重點。
磁頭和磁頭臂是是一個整體，磁頭主要負責讀寫數據，在硬碟驅動器的控制下，磁頭工作時會在盤面上快速移動，準確定位到指令要求定位的磁碟磁軌上。
這三者是硬碟能夠讀取、存儲數據的關鍵，而其中關鍵中的關鍵，就是磁碟。磁碟的外觀和我們見過的光碟類似，是數據的載體，因此我們有必要了解其內部數據的組織和管理結構。
我們以單一的磁碟來看，它被劃分為由一圈一圈同心圓組成的磁軌，當然，這些磁軌窄而密集，通常一個盤面就有上千條磁軌。這些磁軌肉眼顯然是看不到的，但我們可以腦補它確實可以在盤面上看到：
我們用簡單的圖例來表示，在下面這張圖中，兩個同心圓中空白的部分就是磁軌，你可以理解為學校操場上的跑道。磁碟最外圍的磁軌我們稱為0磁軌，硬碟數據的存放就是從最外圍的0磁軌開始的；由此向內數，下一個磁軌就是1磁軌，然後是2磁軌……
同時，這些由同心圓組成的磁軌並不是連續的，它們被橫向地劃分成了一道一道的圓弧，每一段磁軌形成的圓弧，就叫做扇區，而在同一個圓心角範圍內的扇區組成了一個扇面。具體在上面的圖片中可以清楚看到。
扇區是作業系統在硬碟上存儲信息的具體形式，一個扇區包括512個字節的數據和其他的標記信息，例如標記扇區三維地址的信息方便尋址，還有「不良扇區」的標誌等等。
這裡還有一個概念，就是柱面。我們剛才說過，一個硬碟中的磁碟通常不止一個，並且這些磁碟規格以及磁軌分布都是一樣的，所以，不同盤面上的同一磁軌，可以構成一個圓柱，這個柱體就叫做柱面。IT之家這裡就不針對柱面展開細說了，大家只需要知道，數據的讀取和寫入都是按柱面的順序進行的，而不是按照盤面順序就行了。
接下來就是磁頭了，它是硬碟讀寫信息的關鍵部件，主要作用，就是將存儲在硬碟碟片上的磁信息轉化為電信號向外傳輸。
磁碟，也就是碟片，為什麼能夠存儲信息？這其實和磁帶的原理比較相似，在磁碟的表面，塗有一層薄薄的磁性材料，磁碟本身是鋁合金材質，也有企業嘗試過玻璃材質，磁性材料在磁碟表面可以塗敷得非常平整。而磁頭，通俗來講是用線圈纏繞在磁芯上製成的，寫入數據的時候，磁頭上的線圈通電，在周圍產生磁場。高中物理中學過，改變電流的方向，磁場的方向也會改變，而磁場會磁化磁碟表面的磁性物質，使它們按照磁場的方向排列。切換不同的磁場方向，不同的磁性微粒也會有不同的方向，就可以用來表示「0」和「1」，我們知道，計算機中的數據都是以二進位的形式存在的，恰好，可以用這個方法來寫入二進位的原始數據。
同理，讀取數據的時候，磁頭線圈切割磁場線產生感應電流，磁性材料的磁場方向不同，所以產生的感應電流方向也不同，磁頭就可以通過感應旋轉的碟片上磁場的變化來讀取數據。
基本的原理很簡單，但實際操作起來當然要求是需要很高的。首先，磁頭需要採用特別的材料製作，因為它需要對磁感應非常敏感，並且要求極高的精密度，因此磁頭的製造工藝和材料都不能隨意；其次，硬碟工作時，磁頭是不與高速旋轉的磁碟表面接觸的，而是以非常微小的距離飛行在磁碟表面，這樣一來可以不讓磁頭擦傷盤面的磁性塗層，同時也不讓磁性塗層損傷磁頭；還有就是，在這種高速、精密的運轉狀態下，必須保證高度無塵，一旦進入灰塵，就有可能碰傷磁頭或者劃傷磁碟表面的磁性塗層，導致硬碟數據丟失甚至損壞。
所以通常硬碟的內部都是密封的，在前面硬碟結構的圖示中，我們也看到其外圍還有一層空氣過濾片。
2、PMR和SMR技術的區別
對於機械硬碟而言，容量的需求很高，怎樣提高硬碟的容量呢？這就要回到機械硬碟存儲數據的原理了。IT之家在上一部分已經講過，數據是存放在硬碟內部一張一張磁碟碟片上的，具體是存儲在碟片磁軌上的扇區中。所以提升硬碟的整體容量有三個方法：第一是增加磁碟的數量，第二是增加磁碟的面積，第三是增加每個磁碟上存儲數據的密度。
前面兩種方法勢必會令硬碟整體體積增加，現代計算機硬碟的標準規格是3.5英寸，還有2.5英寸筆記本硬碟也比較普遍，另外還有用於超薄筆記本電腦的1.8英寸微型硬碟、1.3英寸微型硬碟等等，硬碟的尺寸規格是標準化的，隨意增大或減小都可能帶來不利影響。再進一步，硬碟內的碟片也不是越大越好，越大的磁碟，高速旋轉時慣性越大，穩定性越低，所以轉速上不去。
所以，增加硬碟容量，最好的方法似乎是提升單個磁碟數據存儲的密度。為了實現這個目的，硬碟廠商工程師們想了很多辦法。
我們已經知道，磁頭通過感應碟片上磁場的變化來讀取數據；通過改變碟片上的磁場來寫入數據，以磁場方向的不同來記錄0和1。在早期，磁碟上每個存儲位的磁性粒子是平鋪在盤面上的，磁感應的方向也是水平的。這種感應記錄方式被稱為LMR（Longitudinal magnetic recording），也就是水平磁性記錄，這種方式有一個缺點，就是比較佔面積，另外當磁粒過小，相互靠得太近，磁性就很容易受到熱能的幹擾，令方向發生混亂。所以，LMR的時代，單個磁碟能夠存儲的數據有限，整個硬碟的容量也就存在瓶頸。
為了解決這個問題，後來人們想了一個辦法，原來磁感應的方向不是水平的嗎？如果讓磁性粒子和磁感應的方向相對碟片垂直，這樣不就能騰出很多空間了？於是人們發明了這種垂直磁性記錄的方法，叫做PMR（Perpendicular Magnetic Recording），在此基礎上，科學家還利用了熱輔助磁記錄技術，來提高在高密度下的信息寫入能力。這種技術採用了一種熱穩定記錄介質，通過在局部進行雷射加熱，來短暫減小磁阻力，從而有效提高磁頭在微場強條件下的高密度信息寫入能力。
▲gif來源：Youtube視頻博主TED-Ed
在PMR技術的幫助下，硬碟的存儲容量得到了很大的提升，3.5英寸的硬碟，單碟磁碟的容量高可達1TB左右，這本質上是磁碟內信息存儲的密度大大提升。
不過隨著網際網路信息技術的飛速發展，信息數量爆炸式增長，人們要存儲的東西也越來越多，漸漸的，PMR技術的硬碟，容量也不大夠用了。
怎麼辦呢？
還有沒有辦法進一步提高磁碟信息記錄的密度？
有。
不過這次科學家們想出來的辦法有些奇特，並且也不像PMR那樣完美，就是Shingled Magneting Recording（SMR）技術，又叫疊瓦式磁記錄技術。
這項技術是怎麼做的呢？前面我們說到，磁碟是被劃分為一圈一圈微小的磁軌來記錄數據的，這些磁軌之間並不是連續的，而是磁軌與磁軌之間存在一個保護距離，從而不讓不同磁軌的數據產生幹擾。
硬碟工作的過程也就是磁頭在磁軌上讀取和寫入數據的過程。
不過，現實中有一個情況，就是硬碟信息的讀取和寫入是兩種不同的操作，所以讀取磁頭和寫入磁頭也是不一樣的。現代硬碟主要採用的是分離式磁頭結構，寫入磁頭仍是傳統的磁感應磁頭，比較寬，讀取磁頭則是新型的MR磁頭（磁阻磁頭），比較窄，磁軌在劃分的時候，當然要滿足最寬的標準。但是寫入磁頭在工作的時候，實際上對於每個磁軌，其寫入信息的寬度是和讀取的寬度一樣的，這樣，磁軌的空間就存在浪費的情況。
怎麼解決這個問題呢？
科學家們想到了一個「極限操作」，他們將磁軌「被浪費」的一小部分重疊起來，就像咱們屋頂上疊加的瓦片一樣。寫入的時候沿著每條磁軌上方進行寫入，中間留下一小段保護距離（保護距離其實也縮小了），再寫下一條磁軌。如此一來，磁碟上磁軌的密度大大增加，可以存儲的信息量自然也比PMR硬碟明顯更多。
當然，極限操作畢竟不像常規操作那樣穩妥，SMR技術下，磁碟可以存儲的信息量大大增加了，但是缺點也很明顯。首先是磁碟上的信息變得如此高密度，轉速自然也不宜太快。所以SMR硬碟的轉速一般都不快。
其次就是，對於SMR硬碟而言，單純的讀寫看起來很OK，但是如果想要修改某個磁軌上的數據就比較麻煩了，因為磁軌間隙比較小，而磁頭比較寬，這樣例如修改2磁軌的數據，就必然會影響相鄰的3磁軌的數據。
解決這個問題有兩個途徑，一個是每重疊一部分磁軌時，隔開一些距離，另一個就是設置一些專用的緩衝區，當修改2磁軌的數據時，先把3磁軌的數據取出來放到緩衝區中，等2磁軌的數據改完了，再將3磁軌的數據放回去。
看起來是一個很複雜的過程，所以SMR硬碟通常都具有一個特點：大緩存，一般能達到256MB的緩存，而普通PMR硬碟的緩存通常只有64MB。也正是由於這個過程比較複雜，所以在修改處理大量數據的時候會比較慢，時間久了對硬碟的讀寫性能會造成影響，甚至影響硬碟的壽命，造成數據損壞丟失等問題。
所以，相較於PMR的硬碟，SMR硬碟是不適合用來當做系統盤或者需要頻繁讀寫的硬碟來用的，它更適合當做小編在開頭所說的倉儲盤來使用，用來備份、留存一些數據。儘管現在硬碟的整體壽命已經有了很大的提升，但是當你要選購硬碟作為計算機主力硬碟時，還是應該儘可能避免買到SMR硬碟。
3、如何區分自己的硬碟是PMR還是SMR？
不過，比較尷尬的是，目前硬碟企業在產品包裝上基本上是不會告訴你這塊硬碟採用的是PMR還是SMR技術的，這就需要我們自己去辨別。網上很多小夥伴根據自己的自身經歷以及經驗常識，整理了一些方法來幫助大家辨別，這些方法只能作為參考，並不能百分百確定硬碟是PMR還是SMR技術。IT之家小編認為，最好的方法還是儘可能聯繫硬碟所屬品牌的官方客服進行詢問，這樣得到的答案更為準確。當然如果你實在聯繫不上客服，那麼小編也將網友整理的方法列在下方，供大家參考。
1、看容量。SMR是為了追求硬碟容量而產生的方案，所以SMR硬碟的容量一般是比較大的。通常來說，3.5寸硬碟大於1TB，或者2.5寸硬碟大於500GB的，就有可能是SMR硬碟了。
2、看緩存。剛才我們說到，SMR的技術特點導致它的緩存通常比較大，通常是128MB起步的。不過這個也不是定數，也有些SMR硬碟產品緩存比較小，只有64MB，但很少見，當然也有一些高端的PMR硬碟容量很大，緩存也能達到256MB。
3、還有一個辦法是根據硬碟的總容量計算每片磁碟的容量，硬碟的磁碟片數大家需要到對應品牌官網上去查找技術文檔，如果這個品牌的產品沒有提供技術文檔，也可以尋找官方的客服解決。當然，如果你聯繫上了客服，或許可以直接詢問該產品是PMR還是SMR盤了。
當你了解了每碟磁碟的容量時，可以大概估摸硬碟是SMR還是PMR了。通常2.5寸一般每碟是500G左右，大的也能到1TB，而3.5寸一般是1TB左右，大的話有1.5TB。
4、最後，Chiphell論壇有網友整理了市售3.5英寸SATA HDD的技術參數（點此前往），涵蓋了目前市面上絕大部分的3.5英寸機械硬碟，其中就有硬碟是採用PMR技術還是SMR技術的信息，這份列表也可供大家參考。