你的数据到底存在硬盘哪儿，顺便说说 RAID 5 为啥不保险
上一篇里的寄存器、缓存、内存都有个共同的怂点：一断电，存的全没。你存进硬盘的照片能搁十年，靠的是另一套完全不同的物理。机械硬盘用磁，固态硬盘用电子，原理天差地别，咱一个一个看。
机械硬盘：拿磁，把 0 和 1 刻进盘片
拆开一块机械硬盘，最要命的两个零件，一个是盘片，一个是摆臂。盘片表面镀了层磁性材料，分成一小块一小块，每块朝哪个方向磁化，就代表存的是 0 还是 1。盘片由电机带着转，5400 转、7200 转说的就是它每分钟转多少圈。摆臂末端那个磁头负责读写，它干活时并不碰盘片，而是悬在盘片上方大约 15 纳米的地方掠过——这精度，相当于一架客机贴着地面几毫米高速巡航还不能蹭着。
写数据，是磁头上的电磁铁给那一小块磁化，改电流方向就改磁化方向。早年磁化方向是平躺的（LMR），费地方，早淘汰了；现在都立起来（PMR），密度高得多。读数据更讲究：靠的是某些材料在不同磁场里电阻会变。1988 年，人类发现把磁性和非磁性的薄膜像肉夹馍一样叠起来，对磁场敏感得吓人，微弱的磁场变化就引起电阻剧变，这叫巨磁电阻效应。发现它的两位科学家 2007 年拿了诺贝尔物理学奖，你硬盘里就装着一块诺奖成果。
巨磁电阻让读取头能做得极小极灵敏，磁道就能挨得更密、容量更大。可写入头偏偏缩不小，磁力不够就磁化不动盘片。厂商于是憋出一个 Redknot 口中「卧龙凤雏」的损招：磁道照样做窄，宽写入头硬往里写，写这条顺手把隔壁那条覆盖了，那就先把隔壁读出来、写完这条再补回去，一条压一条像房顶的瓦，这就是叠瓦盘（SMR）。容量是上去了，写入速度稀烂，只配干「写得少、读得多」的活。买盘的时候，商家只标 PMR 你得多问一句，是正经的 CMR 还是叠瓦的 SMR，别被文字游戏坑了。再往后还有热辅助（拿激光把那块先加热到 400 到 700 度退磁再写）、微波辅助这些花活，单盘容量已经能捅破 18TB。
固态硬盘：拿电子，关进绝缘层里
固态硬盘没有任何机械结构，它把电子直接锁起来。一颗电子面前有堵绝缘墙，按常理过不去，但在足够强的电场下，它有概率直接「穿墙」，这就是量子隧穿。利用它，造个被绝缘层包住的导体（浮栅）：加强电场把电子隧穿进去，撤了电场电子就出不来，断电还能关它十年。把这玩意儿塞进 MOS 管的栅极底下，就是浮栅晶体管，靠浮栅里有没有电子来表示 1 和 0。
一个浮栅只存 1 比特叫 SLC，又快又耐用但贵；硬塞两比特叫 MLC，三比特 TLC，四比特 QLC，越能塞成本越低，可读写越慢、越娇气。这些浮栅晶体管串起来组成阵列，因为接法跟「与非门（NAND）」一样串联，所以叫 NAND 闪存。名字里那个 Flash，是当年东芝的舛冈富士雄觉得它快得像闪电。后来从平面 2D 卷到往上叠的 3D，又是一段腥风血雨。这段更细的NAND 演化、3D 堆叠和厂商厮杀，我在「存储这门生意」系列里专门拆过，这儿就不重复了。
RAID：拿多块盘，换可靠
一块盘总会坏。把多块盘组队，就是 RAID。
最莽的是 RAID 0：把数据切块，轮流丢进几块盘，读写一起上，性能翻几倍，可任何一块挂了，整组数据全报废，纯粹拿命换速度。最稳的是 RAID 1：一份数据原样拷进每块盘，互为备份，挂一块还有另一块，代价是俩 8TB 盘只能当 8TB 用，一半空间在陪跑。
折中的是争议最大的 RAID 5。它也把数据切块分散存，但每攒够一组，就用异或算出一个校验块塞进去。异或你可以糙糙地理解成「不进位的加法」。好处是：坏掉任意一块盘，用校验块加其余数据就能反推出丢的那块，阵列照常跑，换上新盘还能重建回来。只牺牲一块盘的空间换「容忍一块盘损坏」，听着挺香。
RAID 5 为什么让人半夜睡不着
香归香，网上有种吓人的说法：RAID 5 坏一块盘后重建，失败率高达 99%。这从哪儿来的？
得引入一个概念，URE，不可恢复读取错误。硬盘读着读着会有极小概率读错某一比特，某款盘的技术文档里写的是 10 的 14 次方分之一，听着小，可换算下来，每读约 12.5TB 数据就摊上一次。RAID 5 重建时，幸存的几块盘要从头到尾完整读一遍。要是盘都是 12TB 的，一路读下来撞上至少一次 URE 的概率，能飙到 96%。而一旦撞上，传统阵列就崩了。99% 的恐怖故事就是这么算出来的。
但这账算得太狠。一来，厂商文档里的 URE 是个保守的最大值，实际没那么频；谷歌一篇论文统计，硬盘五年内最高的年故障率也就 8.6%。二来，也是更关键的：为啥一个数据块出错就要整盘陪葬？问题出在阵列卡所在的 RAID 层只看得见数据块，看不见文件。它遇到一个 URE，根本不知道这块数据属于哪个文件、对你重不重要，企业级阵列卡的最优解就是一刀切：停下重建，喊你来处理。所以严格说，URE 不是「让阵列崩溃」，是「让重建停下等你救」，大部分数据还在。像 ZFS 的 RAIDZ1 更进一步，它能直接感知到文件层，撞了 URE 会告诉你是哪个文件坏了，你按文件取舍就行。
真嫌不够保险，那就上 RAID 6：在 RAID 5 的基础上多算一组校验，能扛两块盘同时挂，对 URE 的耐受也高一截。说到底，RAID 给的从来不是「数据永不丢」，是「多花点盘，换一层冗余」。它替代不了真正的备份。
数据存哪儿讲完了，可数据要被 CPU 飞速调用，还得先经过内存和显存这道关。它俩明明都是存数据，却走上了两条完全相反的路。
本文整理自 B 站 UP 主 Redknot-乔红 的硬件科普合集。叠瓦盘那个「卧龙凤雏」的吐槽、还有 RAID 5 那套 URE 算账，都来自他的原视频，讲得比我细。本系列只做主题重编与转写。