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第五章硬盘,第一节硬盘的基础知识第二节硬盘的分类第三节硬盘编号识别第四节硬盘的选购本章小结习题五,第一节硬盘的基础知识硬盘的发展速度很快，其容量和性能都在不断提高，它是计算机硬件系统的重要组成部分。本节将介绍一些硬盘的基础知识，包括硬盘的结构、硬盘的接口标准以及硬盘的性能指标和硬盘的主要参数。,一、硬盘的外部结构硬盘的外部结构包括固定面板、控制电路板和接口。1硬盘的固定面板为了让硬盘盘片和机构能够稳定运行，硬盘正面的面板与底板结合成一个密封体。在面板上贴有产品标签，标注着产品型号、产品序列号、产品生产日期等信息。此外，还有一个透气孔，可以使硬盘内部气压与大气气压保持一致，如图5.1.1所示。,图5.1.1硬盘的正面,2控制电路板硬盘的背面是控制电路板，它采用贴片式焊接，包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制与接口电路等。电路板上还有一块ROM芯片，里面固化进行硬盘初始化的程序。在电路板上还安装容量不等的高速数据缓存芯片，如图5.1.2所示为硬盘控制电路板。,图5.1.2硬盘控制电路板,3接口接口包括电源接口和数据接口。其中电源接口与主机电源相连接，为硬盘供电；数据接口则是硬盘数据与主板控制芯片之间进行数据传输交换的通道，用一根数据电缆将数据接口与主板IDE接口相连，通常所说的40针、80芯的接口电缆是指数据电缆，数据接口又分为IDE接口和SCSI接口两种，如图5.1.3所示。,图5.1.3硬盘的接口,二、硬盘的内部结构硬盘的内部结构由盘片、浮动磁头组件、主轴、电机、接口等组成，其中磁头组件是构成硬盘的最主要部分，被封装在硬盘的净化腔体内，如图5.1.4所示为硬盘的内部结构图。,图5.1.4硬盘的内部结构图,1盘片盘片是硬盘存储数据的载体，它的表面光滑平整且涂有磁粉，这些磁粉被划分成若干个同心圆，称为磁道。磁粉就好像是无数任意排列的小磁铁，这些小磁铁受到磁头泊磁力影响而改变其排列方向。利用磁头的磁力控制小磁铁的方向，从而用来存储信息，如图5.1.5所示。,图5.1.5磁盘盘片,2浮动磁头组件浮动磁头组件由读写磁头、传动手臂及传动轴组成。每个盘面有一个磁头，最上面的盘面上的磁头为0号磁头，从上往下依此类推。读取数据时，盘片高速旋转，传动手臂以传动轴为圆心带动前端的读写磁头在盘片旋转的垂直方向来回移动，通过磁头感应盘片上的磁信号来读取数据或改变磁性来写入信息，此时磁头处于离盘面0.20.5m的位置，如图5.1.6所示。,图5.1.6浮动磁头装置,3主轴组件主轴组件包括轴承、马达等。用户存取的资料是通过马达的转动被带到磁头下方的，因而马达的转速越快，用户存取数据的时间就越短，磁盘马达的转速决定了硬盘最终的速度。,三、硬盘的性能指标我们只有熟悉硬盘的性能指标，才能根据这些指标来判断硬盘品质的优劣，硬盘的性能指标很多，其中主要的几个性能指标如下：（1）主轴转速。硬盘主轴马达带动盘片高速旋转，产生浮力使磁头源浮在盘片上方，将所要存取资料的扇区带到磁头下方来进行数据的存取。转速越快，数据传输率就越高，硬盘性能就越好。目前的硬盘转速有5400r/m和7200r/m，也有一些高端硬盘达到了10000r/m，甚至15000r/m。,（2）平均寻道时间。平均寻道时间是指在读取或写入数据时，磁盘面上的磁头移动到所指定的磁道所需的时间。平均寻道时间越小，硬盘速度就越快，性能就越好。目前这项指标在910ms之间。（3）单碟容量。前面已经介绍过，硬盘盘体是由盘片重叠在一起构成的，而重叠的碟片数量是有限的，通常的IDE硬盘只有4张碟片，靠增加碟片数量来增加硬盘容量是不可行的。只有提高每张碟片的容量才能提高硬盘容量。,现在的大容量硬盘都采用新型GMR巨阻型磁头，碟片的记录密度可以大大提高，相应的碟片容量也就得到了提高。有的大容量硬盘的单碟容量达到了40GB。提高单碟容量的另一个重要意义在于它提高了数据传输率。单碟容量越大表示扇区间的密度越大，因为硬盘是以连续的方式写入数据磁道的，所以如果能将所写入的数据都集中于单碟上，读取时自然就能够提升硬盘持续数据的传输速度。,在硬盘转速相同的情况下，单碟容量越大，硬盘的数据传输速率也就越快。（4）平均潜伏期。平均潜伏期是指磁盘转动半圈所用的时间，单位为ms。盘片转得越快，潜伏期越短。显然，同一转速的硬盘的平均潜伏期是固定的。如7200rpm时约为4.167ms，5400rpm时约为5.556ms。,（5）硬盘表面温度。在经过连续不断的读/写操作后，硬盘内部电子元件的温度就会升高，硬盘的温度也就会随之上升，当上升到一定程度时就会影响薄膜式磁头的数据读取灵敏度，硬盘就会出现不稳定的情况。因此表面温度较低的硬盘有更稳定的数据读/写性能。,（6）高速缓冲。因为硬盘的速度相对于内存来说非常慢，因而在二者之间加入了缓冲，缓冲的速度不如内存快，但是比硬盘要快得多，因而缓冲容量大时，每次交换的数据量就多，硬盘的读/写速度就快，性能就好。目前的高速缓冲通常在512KB2MB之间。,（7）全程访问时间。全程访问时间是指磁头移动到最后一个所需数据的全部时间。平均访问时间通常可以看做是平均寻道时间与平均潜伏时间之和，单位是ms。当然平均访问时间越小，硬盘速度越快。（8）连续无故障时间。连续无故障时间是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时。一般的硬盘无故障时间在30000小时以上。,（9）外部数据传输率。外部数据传输率是指硬盘缓冲区读取数据的速率。（10）S.M.A.R.T。S.M.A.R.T（Self-MonitoringAnalysisReportingTechnology，自动监测分析报告技术）用来监测和分析硬盘自身的工作状态和性能，用户可以通过S.M.A.R.T随时掌握硬盘的运行状况，从而避免硬盘中数据的丢失。,四、硬盘的主要参数硬盘的主要参数有磁头数、柱面、每磁道扇区数和交错因子。（1）磁头数。硬盘的每一个盘片均有两个磁面，每个磁面都有一个磁头，磁头数的多少与硬盘内部的盘片数有关。一般情况下，磁头数数量是盘片数的两倍。（2）柱面。硬盘由一组重叠的盘片组成，每个盘面都被划分为数量相等的磁道，最外圈是0磁道，内部的磁道编号依次加1。具有相同磁道编号的磁道形成一个圆柱，因而磁道数就等于柱面数。,（3）每磁道扇区数。可以把磁道进一步划分为扇区，每个扇区是512个字节。硬盘容量由磁头数、柱面数和扇区数共同决定，硬盘容量的计算公式为：硬盘容量=磁头数柱面数扇区数512（字节）。（4）交错因子。硬盘的扇区编号不是连续的，通常两个连续的逻辑扇区要间隔成几个物理扇区，这个间隔数目就是交错因子。,合适的交错因子可以使当前扇区到下一个待读/写扇区间没有或具有最短的等待时间，从而提高硬盘的读写速度。第二节硬盘的分类硬盘有两种分类方法：按盘径尺寸分类和按接口分类。通常我们所说的硬盘分类，主要是根据接口技术的不同来划分的。,一、按盘径尺寸分类盘径尺寸指的是硬盘内部盘片的直径，按直径的大小可以把硬盘分为5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸硬盘。其中台式机中使用的是5.25英寸和3.5英寸硬盘，目前台式机中常用的是3.5英寸硬盘；笔记本电脑中使用的是2.5英寸和1.8英寸硬盘。,二、按接口类型分类随着电脑技术的不断发展和人们对硬盘容量、存取速度要求的不断提高，硬盘接口技术也在不断地推陈出新，并且出现了多种不同架构的硬盘接口技术方案，按硬盘和电脑之间的数据接口类型的不同，可以将硬盘分为IDE接口、SCSI接口和SATA接口硬盘3大类型。,1IDE接口的硬盘IDE（IntegratedDriveElectronics，电子集成驱动器）接口又称为ATA接口，ATA是最早IDE标准的正式名称。IDE接口把盘体和控制器集成在一起，减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，同时硬盘制造也变得更容易。,标准IDE接口只支持两个设备，每个硬盘的最大硬盘空间也只能达到528MB，现在普遍使用增强型IDE（EIDE）标准，它最多可支持4个设备，支持大容量的硬盘。IDE接口技术从诞生以来就一直在不断地发展，性能也在不断提高。IDE接口类型的硬盘技术成熟、价格便宜、性能好且兼容性强，所以在PC中得到了非常广泛的应用，几乎占据了PC硬盘中的所有市场。,2SCSI接口的硬盘SCSI（SmallComputerSystemInterface，小型计算机系统接口）最早研制于20世纪70年代末。经过不断的发展，今天的SCSI已划分为SCSI-1，SCSI-2以及最新的SCSI-3三个类型。不过，目前最为流行的版本是SCSI-2。,目前，SCSI硬盘接口有三种，分别是50针、68针和80针。我们常见的硬盘型号上标有“N”“W”“SCA”，就是表示接口针数的。N即窄口（Narrow），50针；W即宽口（Wide），68针；SCA即单接头（SingleConnectorAttachment），80针。其中80针的SCSI硬盘一般支持热插拔。,SCSI接口的硬盘多用于服务器和高档电脑中。各大硬盘厂家都有SCSI硬盘生产，而且都有7200r/m的产品，IBM和Seagate已有10000r/m的硬盘（近期Seagate已将转数提高到15000r/m）。IBM的产品多见于高端市场，零售市场中的主要品牌是Seagate和Quantum。,3SATA接口的硬盘SATA（SerialATA，串行ATA）接口采用连续串行的方式实现数据传输，先把8bit数据打包，然后把这个数据包转移到线缆后传到主机，数据传输率为150MB/s。,SATA硬盘的出现，缓解了磁盘系统的瓶颈问题，首先SATA是以串行的方式传送数据，这可使连接电缆数目变少，效率提高。其次，SATA有更高的起点，可发展的潜力大，SerialATA1.0定义的数据传输率可达150MB/s，这比ATA133所能达到的133MB/s的最高数据传输率还高，而SerialATA2.0的数据传输率将达到300MB/s。最后，SerialATA具有更强的系统拓展性，由于SerialATA采用点对点的传输协议，这样可以使每个驱动器独享带宽，而且在拓展SerialATA设备方面会更有优势。,第三节硬盘编号识别和CPU、内存一样，硬盘也有自己的“身份证”，即硬盘编号，下面介绍品牌硬盘编号识别方法。,2019/12/12,37,可编辑,一、西部数据（WesternDigital）硬盘型号识别方法西部数据的编号标注形式因产品系列而异，编号方式显得简洁明了，由12个数字或者字母组成。在12个编号中，前6个编号为主编号，后面的6个编号为附加编号。其主打的鱼子酱系列的标注方式为“厂商代号+容量+转速，缓存+接口类型”。简单的表示为WD“XXXX，X，X-XX，X，X，XX”。前六位主编号：“WD”是“WesternDigital”的简称，表示其为西部数据公司的产品。,第一部分的四个“X”表示硬盘的容量，通常由3到4位数字组成，单位为GB。其标识和希捷是一样的，如4位的“1200”代表120GB，3位的“800”则代表80GB。第二部分的“X”表示为硬盘转速及缓存容量。“A”表示转速是5400rpm的鱼子酱硬盘。“B”表示转速是7200rpm的鱼子酱硬盘。“E”表示转速是5400rpm的Protege系列硬盘。“J”表示转速是7200rpm，数据缓存为8MB的高端鱼子酱硬盘。“S”表示转速是7200rpm，数据缓存为8MB的最高端桌面硬盘Raptor系列。,第三部分的“X”表示接口的类型。“A”表示为UltraATA/66或者更早期的接口类型。“B”表示为UltraATA/100。“W”表示应用于A/V（数码影音）领域的硬盘。“D”表示为SerialATA150接口。现以“WD2500SD-01KCB0”的硬盘编号为例，从主编号可以知道这是一块西部数据公司出品的容量为250GB、7200rpm、8MB缓存的硬盘。对于后面的六位附加编号，可以不予考虑。,二、三星（SAMSUNG）硬盘型号识别方法目前三星硬盘均属SpinPoint系列，此系列又分为P和V两大类。编号标注形式为“系列型号+转速+容量+缓存+磁头数目+接口类型”。也可以简单的表示为“X，X，XXX，X，X”五部分。第一部分的“X”表示硬盘产品系列。这里的“S”表示SpinPoint系列。第二部分的“X”表示三星硬盘各系列不同转速的产品。,“V”表示V系列硬盘，转速为5400rpm。“P”表示P系列硬盘，转速为7200rpm。第三部分的三个“X”表示硬盘容量，通常有2到3位数字，其单位是GB。“080或者120”表示为80GB或者120GB的硬盘产品，但如果缓存是8MB，它们的标志大多会变成“081或者121”。第四部分的“X”表示硬盘磁头数，可以根据“硬盘单碟容量=2硬盘总容量/磁头数”这个公式推算出单碟容量。,第五部分的“X”表示硬盘的接口类型。“A”表示为E-IDE/ATA接口。“S”表示为SCSI2接口。“U”表示为UltraSCSI接口。“D”表示为UltraATA66接口。“H”表示为UltraATA100接口。“N”表示为UltraATA33接口。“C”表示为SerialATA150接口。,以“SP1614C”的三星硬盘为例，可以看出这是三星出品的SpinPoint家族7200rpm的P系列硬盘产品，其硬盘总容量为160GB，缓存容量为8MB，硬盘磁头数为4，采用SerialATA150接口，硬盘单碟容量为2160GB/4=80GB。,三、希捷串行硬盘编号识别目前，希捷硬盘的编号方式都是由4部分组成，以下，我们以160GB的Barracuda7200.7串行版ST3160023AS为例，进行介绍。ST：希捷科技公司的英文缩写。3：表示采用3.5英寸、Low-Profile（LP）、1英寸高等指标。160023：格式化以后的硬盘容量，单位来MB。,AS：这个字段表示硬盘接口规范。A表示ATA、UltraATA等一系列规格，而AS表示SerialATA，AG则表示笔记本电脑专用ATA接口，W和N为SCSI接口，W/FC代表光纤通道。四、迈拓（Maxtor）硬盘编号识别迈拓编号多为“系列号+此系列硬盘最大容量+首位+容量+接口类型+碟头数”，也可以简单地表示为“XX，XXX，X，X”4个部分。,第一部分的两个“X”表示产品系列和型号。“3”为40GB或以下，“9”为40GB或以上，此系列为星钻一代，“2R”表示为Fireball531DX美钻一代，“2B”表示为Fireball541DX美钻二代，“2F”表示为Fireball3，“4W”表示为Diamondmax536DX星钻二代，“4D”，“4K”，“4G”都表示为Diamondmax540X星钻三代。“4R”表示为Diamondmax16星钻四代，“5T”表示为DiamondmaxPlus60金钻六代，“6L”表示为DiamondmaxPlusD740X金钻七代，“6E”表示为DiamondmaxPlus8，“6Y”表示为DiamondmaxPlus9。,第二部分的3个“X”表示容量，单位是GB。如“080”或者“200”就分别表示为80GB或者200GB。第三部分的“X”表示缓存容量、接口及主轴马达类型。“D”表示为UtralATA/33，“U”表示为UtralATA/66，“H”表示为UtralATA100接口，2MB缓存，“J”表示为UtralATA133接口，2MB缓存并使用滚珠轴承马达（BallBearingMotor）。“L”表示为UtralATA133接口，2MB缓存并使用液态轴承马达（FluidDynamicBearingMotor）。“P”表示为UtralATA133接口，8MB缓存并使用液态轴承马达。“M”表示为SerialATA150接口，8MB缓存并使用液态轴承马达。,第四部分的“X”表示使用的磁头数，也就是记录面数量。由此可以用“硬盘单碟容量=2硬盘总容量/磁头数”公式来推算出单碟容量。不过，由金钻系列的DiamondmaxPlus9开始，该数字变成了“0”，但是金钻系列的DiamondmaxPlus9，都是单碟容量80GB的产品，所以这里的变化对辨识并不影响。比如DiamondmaxPlus9编号“6Y200M006500A”的硬盘，编号中只有前7位有用，所以可看出该硬盘容量为200GB，采用SerialATA150接口，拥有8MB缓存并使用液态轴承马达。,五、日立（HITACHI）硬盘编号识别目前日立硬盘有180GXP和7K250两个系列，下面将分别介绍其型号的识别方法：180GXP系列沿用了IBM硬盘编号。其编号一般用“IC+盘片尺寸+硬盘高度+容量+接口类型+系列型号+转速+缓存容量”，也可以简单地表示为IC“XX，X，XXX，XX，XX，XX-X”，可看出其编号共分为7个部分：首先“IC”表示的是IBM公司的产品。,第一部分的两个“X”表示的是硬盘的外形和尺寸。“35”表示3.5英寸，“25”表示2.5英寸的硬盘产品。第二部分的“X”是表示硬盘的高度。“L”代表1英寸，“T”代表0.49英寸，“N”代表0.37英寸的硬盘产品。第三部分的3个“X”表示的是硬盘的容量，单位是GB。如“180”就是表示该硬盘的容量为180GB，“080”就是80GB。,第四部分的两个“X”表示的是硬盘接口的类型，比如“AV”表示为ATA接口，“XC”表示为Ultra320SCSI80-pinSCA的接口。第五部分的两个“X”表示硬盘产品系列的型号。其“ER”表示Deskstar60GXP系列，“VA”表示Deskstar120GXP系列，“V2”表示Deskstar180GXP系列。,第六部分的两个“X”表示为硬盘的转速，单位是RPM。其“04”表示为4200RPM，“05”表示为5400RPM，“07”表示为7200RPM，“10”表示为10000RPM，“15”表示为15000RPM。第七部分的“X”表示硬盘缓存的容量，从Deskstar180GXP开始启用。“0”表示为2MB缓存，“1”表示为8MB缓存。值得一提的是，其中使用一个盘片的60GB产品缓存为2MB，使用两个盘片的80GB和120GB产品缓存有2MB和8MB两种，使用3个盘片的180GB产品缓存都为8MB。,7K250系列的编号标注形式为“HDS+转速+系列的最大容量+该产品容量+产品系列代码+硬盘高度+接口类型+缓存”，也可简单地表示为：HDS“XX，XX，XX，X，X，XX，X，X”，可以看出其硬盘编号可分为8个部分。首先“HDS”表示为日立（HITACHI）的Deskstar系列硬盘产品。第一部分的两个“X”表示硬盘的转速。如果其标注为“42”，“54”，“72”，“10”，“15”等，则这个硬盘的转速分别为4200RPM，5400PRM，7200RPM，10000RPM，15000RPM。,第二部分的两个“X”表示的是该产品系列的最大容量，单位为GB。“25”就表示该产品最大容量为250GB。第三部分的两个“X”表示为硬盘容量，单位有GB或者10GB。如“80”就表示80GB，“25”就表示250GB。第四部分的“X”表示硬盘的代数。现在所有7K250系列都是字母“V”。,第五部分的“X”表示硬盘的高度，这里和上面的IBM编号是一样的。第六部分的两个“X”表示硬盘的接口类型，有“AT”和“ST”。其分别代表为UltraATA100接口和SerialATA150接口。第七部分的“X”表示硬盘缓存的容量，有数字“2”和“8”。其分别代表为2MB缓存和8MB缓存的硬盘产品。第八部分的“X”是硬盘的保留值，目前暂时为数字“0”。,第四节硬盘的选购随着时代的发展，计算机软件应用的日益复杂化，软件体积越来越庞大，加上点对点软件的盛行，多媒体文件充斥着广大计算机用户的硬盘。如何应付这些日益增长的庞大数据是很多计算机用户的烦恼。那些还在忍受磁盘空间不足烦恼的用户是否考虑一下升级自己的硬盘呢？,一、了解硬盘关键技术1NCQNCQ是NativeCommandQueuing的缩写，即原生命令队列的意思，它是在硬盘负载日益增加的情况下提高硬盘性能和稳定性的技术。当用户的应用程序发送多条指令到用户的硬盘时，NCQ硬盘可以优化完成这些指令的顺序，从而降低机械负荷，达到提升性能的目的。实际应用中，开启NCQ比不开启会有7%左右的性能增幅，对于小块数据读取效果更为明显。,2SATASATA是SerialATA的缩写，即串行ATA硬盘接口规范，是用于取代PATA（ParallelATA/并行ATA硬盘接口规范）接口的一种新型硬盘接口。目前PATA100硬盘的一般写入速度为65MB/s，而第一代SATA硬盘的写入速度为150MB/s，第二代SATA硬盘的写入速度则高达300MB/s，整整比第一代的速度提高了一倍。,3垂直记录技术垂直记录技术是改变纵向记录的磁盘排列，将与盘片表面平行改为与盘片表面垂直，这样做可以在以前只能放一个磁场（即一个数据位）的空间内，放置更多的垂直磁场，可以在相同的单元间隔里把数据存取位元密度提高，因为在相同的单元间隔下，垂直记录硬盘可以存储更多的数据位，因此在相同的硬盘转速下，采用垂直记录技术的硬盘拥有更快的连续读取优势。与此同时，垂直记录技术在改善读取质量方面的效果同样显著。由于垂直介质中的退磁磁场方向与磁化磁场方向相反，而且退磁磁场还可以支持邻位磁化，使得高密度存储更可靠。,4持续传输速度持续传输速度就是硬盘持续传输数据的速度。和突发传输速度不同，持续传输速度更能反映硬盘的实际性能。一般情况下，硬盘的持续传输速度在3045MB/s之间，而通常用户所看到的如133MB/s、150MB/s、300MB/s等都只是外部传输速度，只能很片面地反映硬盘的真实性能，而内部传输速度以及持续传输速度却能更好更真实地反映这一点。,5平均寻道时间平均寻道时间（AverageSeekTime）是指硬盘在接收到系统指令后，磁头从开始移动到数据所在磁道所需的平均时间，单位为毫秒（ms）。这是衡量硬盘好坏的一个重要参数，其数值越小，则性能越好。现在主流硬盘的寻道时间都在5ms左右。寻道时间是由硬盘转速、单碟容量等多个因素综合决定的一个参数。读写文件的大小对寻道时间的敏感度的影响是不同的，在读写大量的小文件时，硬盘对寻道时间非常敏感，而在读写大文件或连续存储的大量数据时，寻道时间则不太重要。,6缓存缓存是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有比硬盘磁头快得多的存取速度，它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。由于硬盘的内部数据传输速度和外界介质传输速度差异较大，缓存在其中起到一个缓冲的作用。缓存的出现，大幅度地提高了硬盘整体性能。缓存主要具有3个功能：一是预读取，二是对写入动作进行缓存，三是临时存储最近访问过的数据。值得注意的是，大容量的缓存只有配合高效的算法才能更好地发挥作用，否则只会适得其反。,二、关键参数对性能的影响（1）接口技术对性能的影响。从大量测试中，可以看出接口的差异并没有带来革命性的性能提升。在测试中，SATA的优势在于传输速度分布曲线比较平滑，这表明在日常应用中的硬盘传输速度较传统的PATA硬盘更加稳定。因此现在一般用户在选择硬盘的时候应该更加注重硬盘产品和主板的搭配以及性价比和售后服务；至于高端用户，搭配SATAII无疑能达到当今主流最出色的性能，但同时也要在购买前注意主板的搭配，并不是所有的主板都支持这两项新技术。,（2）NCQ技术对性能的影响。上面提到，NCQ在一般应用中能提升7%左右的性能，在特定的环境中对性能的提升更加明显。主要表现在大量小文件的磁盘操作上。而大文件的操作，NCQ的作用明显变弱，甚至比没有开启NCQ的表现还要逊色一点。可见这项技术完全是由使用环境来决定的，因此，在购买硬盘时应该首先考虑自己的使用环境。,（3）缓存容量对性能的影响。从实际应用上来说，大容量的缓存在频繁进行小容量数据操作时的优势比较明显，例如进行网页