Eu sei que os discos rígidos têm tempos de acesso e taxas de transferência mais rápidos e quando pesquisei por que parecia que:
As unidades de disco rígido giram muito mais rápido
Se preenchido com hélio, isso pode diminuir a energia necessária para girá-los e, portanto, velocidades mais rápidas
Você pode armazenar mais dados em um disco rígido do que em um disco óptico de tamanho semelhante, portanto, maior densidade de dados para que o cabeçote não precise percorrer tanta distância quanto com discos ópticos
Os discos ópticos (nem todos) armazenam seus dados em trilhas espirais
Mas por que os HDDs giram mais rápido ou por que seus braços se movem mais rápido? Por que eles não fabricam o braço dentro das unidades de disco óptico para se mover na velocidade dos HDDs? Até mesmo as unidades de fita magnética são rápidas. (Pelo menos taxa de transferência, não tempo de acesso.)
Além disso, a cabeça não pode ir para uma parte específica da trilha espiral e ler a partir daí?
Há duas questões separadas: latência e taxa de transferência.
Procurar tempo
As unidades ópticas têm tempos de busca aleatórios em torno de 100 ms, enquanto os discos rígidos são em torno de 10 ms - por que isso acontece?
Uma cabeça de leitura/gravação óptica consiste em um laser, detector, espelhos, lentes e várias bobinas de voz para posicionar a cabeça/lente para rastreamento/focagem. Todo este conjunto tem várias peças e é relativamente pesado. Todo o conjunto da cabeça se move em uma engrenagem helicoidal.
Uma cabeça de disco rígido consiste em um pequeno sensor GMR para leitura e bobina para gravação. O resto é o controle deslizante de plástico e o braço de metal; todo o conjunto é relativamente leve. A cabeça é movida por uma poderosa bobina de voz. É por isso que a busca é rápida.
Taxa de transferência
As unidades de CD atingem cerca de 10 MB/s. As unidades de DVD atingem cerca de 30 MB/s. As unidades Blu-ray atingem cerca de 70 MB/s. Os discos rígidos atingem rotineiramente 100~200 MB/s.
Os dois principais fatores que determinam a taxa de transferência são a velocidade linear (metros por segundo) e a densidade linear (bits por metro).
Os discos rígidos de desktop no formato de 3,5 polegadas têm um diâmetro de prato de cerca de 90 mm. Os discos ópticos têm um diâmetro de cerca de 120 mm. Eu classificaria isso como "próximo o suficiente" para fins de comparação.
Os discos rígidos geralmente giram a 5.400 RPM ou 7.200 RPM, com modelos corporativos antigos chegando a 15.000 RPM. Os discos ópticos são girados em várias velocidades, dependendo da rapidez com que o host deseja ler/gravar dados (por exemplo, leitura em massa versus streaming de áudio/vídeo), por quanto tempo a unidade foi usada ativamente, quanto ruído é desejado etc. discos ópticos podem girar até cerca de 10.000 RPM em unidades reais sem problemas. Portanto, isso também está no mesmo patamar do HDD RPM.
A densidade de área é um grande fator a ser considerado. Imagine por um momento que um CD tem 1 GB e um HDD é 1000 GB e eles têm as mesmas dimensões físicas. Claramente, o HDD tem 1000 vezes a densidade de dados por área. Quanto à densidade linear, o HDD é √1000 = 32 vezes mais denso que o CD. Portanto, se você posicionar uma cabeça sobre os discos e der uma volta completa, o HDD deverá ler 32 vezes mais dados do que o CD, simplesmente porque mais dados são compactados em cada faixa. Como podemos ver, é por isso que os DVDs e BDs têm taxas de transferência mais altas que os CDs. Mas um disco Blu-ray de camada única de 25 GB não é nada comparado a um HDD básico e barato de 1 TB. No entanto, os discos ópticos multicamadas e os discos rígidos multiplata multiface tornam esse cálculo mais complicado.
Bônus
Para adicionar insulto à injúria, minha experiência mostra que depois de inserir um disco óptico em uma unidade, leva cerca de 20 segundos para começar a ler os dados do usuário nele. Esse tempo de inicialização é muito pior do que as unidades flash e até os discos rígidos, e é especialmente doloroso ao vasculhar muitos discos.
Enquanto as outras respostas estão corretas, há mais. A mídia óptica é fabricada para ser barata e leve. É apenas um pequeno pedaço de plástico. Não é projetado para girar em alta velocidade. Quanto mais rápido ele gira, as imperfeições no plástico começam a deformar o plástico. Quanto mais rápido ele gira, mais ele se deforma. Essa distorção o tornará ilegível pela unidade. Gire a mídia rápido o suficiente e ela falhará... violentamente. Aqui está um vídeo mostrando a deformação e falhando ao extremo.
As unidades ópticas de CD/DVD/BD mais rápidas giram a ~10k RPM no máximo.
Unidades magnéticas realmente de última geração giram a 15k RPM, embora HDDs de consumo (e HDDs corporativos de armazenamento em massa) normalmente girem a 7200 ou 5400 RPM.
Os discos rígidos são montados com precisão em um ambiente limpo e selados. Eles podem ser (e são) feitos com tolerâncias muito altas.
As unidades de CD são abertas e projetadas para aceitar mídia limpa, mas que pode ter poeira e impressões digitais na superfície. Eles não podem ser construídos com as mesmas tolerâncias dos discos rígidos selados.
As unidades de CD giram lentamente. Os discos rígidos giram a 7.200 rpm (e algumas unidades caras a 15.000 rpm) para fornecer acesso e transferência de dados mais rápidos. As tolerâncias têm que ser diferentes. A cabeça do HDD se move sobre a superfície do prato em apenas 3 nanômetros. Poeira (não pode ser introduzida exceto abrindo o drive) ou parando a rotação do drive enquanto o cabeçote estava sobre o drive danificaria o prato. O material particulado pode ser criado em um acidente.
Eles são dispositivos muito diferentes usados para propósitos muito diferentes e não são projetados para serem os mesmos.
Não se esqueça, o CD-ROM era uma extensão do CD de áudio. A tecnologia subjacente foi originalmente projetada com a música em mente. Ele foi projetado para ser rápido o suficiente para reprodução de áudio e, mais tarde, a Sony colocou o CD-ROM em cima dele. Este não é um formato projetado com transferência de dados de alta velocidade como o caso de uso de destino.
Porque a velocidade de rotação (e o desempenho em geral) é uma prioridade de design para discos rígidos. Os discos rígidos são dispositivos fabricados com precisão. Os pratos giratórios são quase perfeitamente uniformes em termos de composição do material e estão permanentemente presos ao eixo do motor.
As unidades ópticas, por outro lado, foram projetadas para um caso de negócios em que o custo é mais importante do que o desempenho puro. Eles são feitos principalmente de fibra de vidro porque são baratos, transparentes e leves. A densidade de um disco óptico é muitodo uniforme, no entanto. Isso significa que eles não são tão perfeitamente equilibrados quanto o prato em um disco rígido. Quando você gira algo que não está equilibrado, ele oscila. A vibração é um problema enorme em drives ópticos, pois o mecanismo de leitura envolve um laser refletindo na superfície do disco; um disco vibrante envia reflexões em um ângulo, perdendo o detector e tornando mais provável que um bit seja mal interpretado. Essa é uma grande razão pela qual as velocidades de leitura da unidade não ficaram muito mais rápidas em décadas. Já usou um CD player portátil e o empurrou o suficiente para pular? Isso é o que está acontecendo. As unidades de DVD e Blu-Ray realmente giram mais devagar do que muitas unidades de CD-ROM precisamente para minimizar os problemas relacionados à vibração.
Os discos ópticos também são removíveis, o que significa que eles só se conectam ao eixo do motor por meio de um sistema de ajuste por fricção. Se o eixo girar muito rápido ou acelerar muito rápido, sua aderência no disco escorregará e o disco e o eixo começarão a se esfregar um no outro.
As cabeças de leitura dessas duas unidades usam princípios mecânicos totalmente diferentes. A cabeça de leitura em um disco rígido se parece um pouco com um toca-discos. É um braço longo pendurado sobre o prato giratório que pode girar para alcançar diferentes pontos ao longo do raio do disco. O braço não entra em contato com o prato e pode se movimentar para frente e para trás no ar de forma relativamente rápida, graças a alguns eletroímãs fortes.
Um disco óptico usa um laser montado em um trilho. Um motor puxa uma corrente que faz o módulo do laser deslizar para frente e para trás pelo trilho. Esse tipo de mecanismo tem significativamente mais massa e atrito do que a cabeça de leitura suspensa a ar de um disco rígido. Não há maneira razoável de fazê-lo se mover tão rapidamente sem danificar algo.
Absolutamente, é assim que você pode buscar o início de uma música específica em um CD.
Os discos rígidos não giram muito mais rápido.
As velocidades de rotação do HDD variam de 4.200 rpm (super power friendly) a 10.000 rpm, sendo 5.400 e 7.200 rpm as mais comuns. Unidades de servidor de 15.000 rpm costumavam estar no mercado, mas os SSDs os tornaram antieconômicos para produzir, de modo que não são fabricados desde 2016.
Uma unidade de CD-ROM de 48x gira o disco a 9.600 rpm, uma unidade de DVD-ROM de 24x gira o disco a 14.000 rpm e uma unidade de BD-ROM de 16x gira o disco a 13.000 rpm.
Portanto, não é uma taxa de rotação mais baixa; os discos ópticos simplesmente têm uma densidade de dados mais baixa, de modo que o cabeçote vê menos dados por revolução, e é isso que limita as taxas de transferência. E eles têm menor densidade de dados porque... bem, são tecnologias muito diferentes, então é difícil fazer uma comparação justa, mas grande parte do que permite que os discos rígidos armazenem bits em uma área tão pequena é o fato de que o cabeçote fica a meros nanômetros de distância da superfície do prato, o que é possível porque tudo é cuidadosamente construído e depois selado em um recipiente hermético. Os discos ópticos são baratos, removíveis e propensos a ficarem sujos e arranhados, então todas as tolerâncias precisam ser muito maiores.
Isso não está diretamente relacionado à pergunta, mas ajudará você a entender as respostas aqui e por que o HDD deve ser selado, que é um ponto mencionado repetidamente nas várias respostas aqui.
Primeiro, vale a pena apontar o quão incrivelmente pequena é a cabeça de leitura/gravação. Eu pensei que era grande e não conseguia entender como ele pode "bater" em uma partícula de poeira.
Assim, para ler e gravar as informações magnéticas no disco rígido, o cabeçote de leitura/gravação do disco rígido é posicionado incrivelmente próximo ao prato. Flutua menos de 0,1 mícron sobre a superfície do prato. Um mícron (ou micrômetro) é um milionésimo de metro, o que significa que a cabeça de leitura/gravação está a menos de 1/10 de um milionésimo de metro da superfície do prato.
Um pequeno pedaço de poeira pode fazer a cabeça de leitura e gravação saltar para cima e para baixo, colidindo com o prato e danificando seu material magnético. Um acidente de cabeça geralmente causa danos catastróficos a um disco rígido, tudo o que você precisa imaginar é baixar algo metálico em um disco circular que está girando a milhares de rotações por minuto. Mesmo o menor impacto causará danos significativos, enviando detritos do prato pela superfície.
Para ilustrar isso, esta imagem mostra uma comparação dos tamanhos de uma cabeça de leitura/gravação, uma partícula de poeira média (que é de 2,5 mícrons) e um cabelo humano médio (que é de 50 mícrons). Ao observar as diferenças de tamanho, é fácil ver como um simples pedaço de poeira ou cabelo em um prato pode causar a falha do disco rígido e por que os componentes internos estão selados dentro do conjunto do disco rígido.
Recursos: https://www.dataclinic.co.uk/what-is-a-head-crash-hard-disk-drive-information/ https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/magnetic- disco rígido
Também de uma sala de discussão excluída por John: Os pratos em pequenas unidades geralmente são de vidro, não de metal, mas o contato com o revestimento magnético em ambos os casos o danifica. Lembre-se de que um disco rígido deve ser lido e gravado milhares de vezes. Nenhum CD somente leitura (a maioria) pode fazer isso e qualquer CD gravável não é bom para muitos milhares de gravações. Novamente, os dois dispositivos (CD e HDD) são tão diferentes quanto a noite para o dia.
Um aspecto que não foi considerado até agora é: Eles não são apenas "discos rígidos", mas também "discos fixos". Isso significa que a mídia (já que não pode ser alterada) pode ser extremamente limpa e de qualidade controlada, permitindo densidades de bits extremamente altas através de distâncias mínimas entre a superfície e o cabeçote de leitura/gravação.
Também CD/DVD/etc. a mídia mutável pode estar mais ou menos empoeirada, e todas elas "oscilam" mais ou menos, forçando a óptica do laser a refocar. Alguns fazem barulhos terríveis em alta RPM, sacudindo toda a unidade (e, portanto, talvez forçando a redução de RPMs por sua vez). Muitas unidades detectam vibração e desaceleram automaticamente.
Além das outras respostas sobre por que os discos rígidos têm melhor desempenho do que os discos ópticos, outro fator (apenas abordado por @ WG481) é que os discos rígidos quase universalmente têm vários pratos que estão sendo acessados ao mesmo tempo, oferecendo oportunidades paralelas de leitura / gravação sobre várias superfícies do prato ao mesmo tempo. Onde um disco óptico tem apenas uma oportunidade de leitura/gravação, todos os dados são forçados a serem lidos/gravados em série.
Um laser Blu-ray é bastante grande, vários milímetros, e é feito para caber em um disco óptico ligeiramente instável e lê-lo de longe, e o equipamento fotossensor também é pesado e lento.
lasers de Ti:safira incômodos para operar nos laboratórios onde estão sendo desenvolvidos. Para tirá-los do laboratório e colocá-los nas mãos dos consumidores, os lasers que alimentam esses dispositivos devem encolher, mantendo a capacidade de gerar pulsos de alta energia de picossegundos em altas taxas de repetição. Também relevante é a Densidade , um prato de DVD tem 5 GB e um HDD atualmente > 500 GB. Isso também fornece um aumento de 100X na velocidade de leitura/gravação, sem adicionar a maior velocidade mecânica do HDD.
A cabeça de leitura do HDD também é menor, mais estreita, de menor potência e mais leve para se mover pelo disco, porque não precisa de um laser e um receptor.