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数据越多硬盘越重?hdd跟ssd各有变重的原因是什么?

2019-05-11 15:51:55    来源:书生家电网    浏览次数:    字号:tt

  有无想过家中电脑的档案数据,可能都有重量?不同格式的照片图像、影片视像、音乐声轨、编辑档案、文字文件或表单文件等,这些家庭、学业或工作的重要资料皆由0和1二维码组成数据内容,都储存于电脑硬盘这必备元件中。硬盘装满文件数据的重量,跟空置时的重量,究竟是否存在差异?

硬盘越多数据越重?网传hdd跟ssd各有变重原因有何根据?

  近日网上流传一篇科普文章,广见于数份中文网媒报道。该论文指出电脑硬盘装入资料,可令其变重。虽然数码档案的资讯是由0和1二维码组成、是虚拟格式;但硬盘始终在用物理形式记录数码资讯,既涉及实体,其重量便有机会改变。市面上的电脑硬盘通常不是hdd就是ssd,原来两种硬盘基于纪录资料原理的差别,储满档案后在重量改变方面也有不同表现。

  文章指出,传统硬盘hdd以磁极变化纪录储存盘案,内含磁性物质,借着修改磁性物质的磁极方向来记录数码资讯。磁极修改前后,硬盘也没有物质增减(因为改变的只是磁极),所以即使一只hdd容量已爆满,重量亦无增加。然而hdd通电运作时,基于“电子有重量”,所以其重量有变;断电之后,hdd便恢复原先重量。

  ssd的情况则较复杂。固态硬盘ssd纪录资料原理跟usb手指一样,都是用快闪存储器储存资料。基于电脑数据二进制,快闪存储器是“用电子记录0和1的数码信息”,而“电子有重量”(虽则实在微不足道,推算只有9.109 x 10^-31公斤),于是ssd储存盘案越多,其实体重量随之增加。文章又以一个256gb ssd为例说明,假如该硬盘储满档案,当中有一半位元是“1”,即是“多了1.1兆粒电子”,ssd重量便会增加10^-18公斤,人类却无法凭感官分辨到这个“微乎其微”的重量差别。

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  “电子数量增加使硬盘变重”一说有争议?“资料改变硬盘重量”另有理论根据?

  不少网民指出该科普文章内容可能有误。此页留言栏便有网民指出,hdd不管有没有通电,都不会改变重量,因为电子本身就存在于所有原子中,通电产生的电荷虽会推动电子产生位移,但就跟水管运作无异:“从入口挤新的(水)进去,把旧的(水)从出口挤出来”。因此硬盘范围内的总质量不变。ssd同样不会加重,因为实际上改变的电位是影响逻辑闸的静态存取方式,而不是真的每1 bit位元以一粒电子送入/记载。

  同页另一位网民回应说ssd的快闪存储器是利用“岛上的电容效应造成的电场来存资讯”,文章把写入位元的电荷都算成静电是“太夸张”。他的看法跟上面提到的该位网民略有不同,认为ssd硬盘质量或会“稍微上升”。此属“能量守恒定律”使然:质量增加,是因为受到“阀中电容能量造成ssd整体位能稍微上升”所推动。类似的讨论和见解也可见于另一网页中。

  虽然“一个数据单元用一粒电子”之类讲法太粗糙,却仍有检讨的余地。“储存数据多会使硬盘重量增加”之现象并非完全没有根据。此学说曾得到科学家理论相佐。

  外媒inverse网站2016年刊登的一篇文章,介绍了美国加州大学柏克莱分校电脑科学家john d. kubiatowi的理论。kubiatowicz表示快闪存储器是借着能否“俘获”电子来区分1和0,产生位元,写入数码资讯。虽然电子数量不会改变,但它们一旦被俘获(资料被储存),其能量等级便升高。而根据“能量守恒定律”,其重量(质量)也随之增加。“受俘”电子的能量比未“受俘”的电子?高,kubiatowicz对如此差异的保守估计是每bit 10^-15焦耳。他又指,kindle电子书即使装了几千本书,重量也仅增加1阿克(attogram,即10^-18g)

  储存多少资料才会令人感觉到硬盘变重?根据韦伯定律(weber's law, 表明心理量和物理量之间关系的定律),人类可以感知两个物体间的重量差距是5%以上。以iphoness 6重量129克为例,要有6.45克差距,才能感觉到存在分别。但现时手机储存的数据量,无可能累积到如此大的重量。

  kubiatowicz理论早于2011年获科普界注意,获new york times报导。着名科普 youtuber“vsauce”的短片也引用了kubiatowicz。

  vsauce举出生活化例子来解释(或可视为一种推演,不必完全认同)。一封普通电子邮件包含一段文字和一个附件,大小约为50k字节(byte)。1k有1024 byte,1字节有8 bit,因此此邮件包含409600 bit。平均约有一半的bit是“1”,另一半为“0”,所以有204800个“1”的信息需要电容器来存储,于是总共需要大约80亿粒电子。假设一粒用于数据储存的电子重量为2 × 10^−30磅,一封50k电邮重量便约为1.6 × 10^−20磅,大约相等于21000粒铅原子的重量。2011年全球网络数据约为5万亿tb,vsauce根据kubiatowicz的理论,推算其资料总重量大概同一粒草莓相若。不过网络数据量几年来大幅增长,现时“互联网”的总重量应该已增加好多倍。

  理论终归理论。由于大量数据也只能令硬盘出现微乎其微的重量改变(毕竟电的重量无法用仪器实测),电子造成质量改变的机制亦存在不少商榷余地。《网易科技》就有关话题之文章强调,hdd硬盘通电后电子的运动过程会出现离散状况,也难免造成电子滞留。严格而言,硬盘重量可能改变,只是电脑硬盘(此处指hdd)跟电容晓锁住电子的usb不同,电子虽有重量,却可能只是有“较大机率”存在于储存器中,而非被锁在元件内部。硬盘重量可能会减少,可能会增加,亦有可能维持不变(hdd断电后重量不变是最有可能的)。

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