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數據越多硬盤越重?HDD跟SSD各有變重的原因是什么?

2019-05-11 15:51:55    來源:書生家電網    瀏覽次數:    字號:TT

  有無想過家中電腦的檔案數據,可能都有重量?不同格式的照片圖像、影片視像、音樂聲軌、編輯檔案、文字文件或表單文件等,這些家庭、學業或工作的重要資料皆由0和1二維碼組成數據內容,都儲存于電腦硬盤這必備元件中。硬盤裝滿文件數據的重量,跟空置時的重量,究竟是否存在差異?

硬盤越多數據越重?網傳HDD跟SSD各有變重原因有何根據?

  近日網上流傳一篇科普文章,廣見于數份中文網媒報道。該論文指出電腦硬盤裝入資料,可令其變重。雖然數碼檔案的資訊是由0和1二維碼組成、是虛擬格式;但硬盤始終在用物理形式記錄數碼資訊,既涉及實體,其重量便有機會改變。市面上的電腦硬盤通常不是HDD就是SSD,原來兩種硬盤基于紀錄資料原理的差別,儲滿檔案后在重量改變方面也有不同表現。

  文章指出,傳統硬盤HDD以磁極變化紀錄儲存盤案,內含磁性物質,借著修改磁性物質的磁極方向來記錄數碼資訊。磁極修改前后,硬盤也沒有物質增減(因為改變的只是磁極),所以即使一只HDD容量已爆滿,重量亦無增加。然而HDD通電運作時,基于“電子有重量”,所以其重量有變;斷電之后,HDD便恢復原先重量。

  SSD的情況則較復雜。固態硬盤SSD紀錄資料原理跟USB手指一樣,都是用快閃存儲器儲存資料。基于電腦數據二進制,快閃存儲器是“用電子記錄0和1的數碼信息”,而“電子有重量”(雖則實在微不足道,推算只有9.109 x 10^-31公斤),于是SSD儲存盤案越多,其實體重量隨之增加。文章又以一個256GB SSD為例說明,假如該硬盤儲滿檔案,當中有一半位元是“1”,即是“多了1.1兆粒電子”,SSD重量便會增加10^-18公斤,人類卻無法憑感官分辨到這個“微乎其微”的重量差別。

硬盤越多數據越重?網傳HDD跟SSD各有變重原因有何根據?

  “電子數量增加使硬盤變重”一說有爭議?“資料改變硬盤重量”另有理論根據?

  不少網民指出該科普文章內容可能有誤。此頁留言欄便有網民指出,HDD不管有沒有通電,都不會改變重量,因為電子本身就存在于所有原子中,通電產生的電荷雖會推動電子產生位移,但就跟水管運作無異:“從入口擠新的(水)進去,把舊的(水)從出口擠出來”。因此硬盤范圍內的總質量不變。SSD同樣不會加重,因為實際上改變的電位是影響邏輯閘的靜態存取方式,而不是真的每1 Bit位元以一粒電子送入/記載。

  同頁另一位網民回應說SSD的快閃存儲器是利用“島上的電容效應造成的電場來存資訊”,文章把寫入位元的電荷都算成靜電是“太夸張”。他的看法跟上面提到的該位網民略有不同,認為SSD硬盤質量或會“稍微上升”。此屬“能量守恒定律”使然:質量增加,是因為受到“閥中電容能量造成SSD整體位能稍微上升”所推動。類似的討論和見解也可見于另一網頁中。

  雖然“一個數據單元用一粒電子”之類講法太粗糙,卻仍有檢討的余地。“儲存數據多會使硬盤重量增加”之現象并非完全沒有根據。此學說曾得到科學家理論相佐。

  外媒Inverse網站2016年刊登的一篇文章,介紹了美國加州大學柏克萊分校電腦科學家John D. Kubiatowi的理論。Kubiatowicz表示快閃存儲器是借著能否“俘獲”電子來區分1和0,產生位元,寫入數碼資訊。雖然電子數量不會改變,但它們一旦被俘獲(資料被儲存),其能量等級便升高。而根據“能量守恒定律”,其重量(質量)也隨之增加。“受俘”電子的能量比未“受俘”的電子?高,Kubiatowicz對如此差異的保守估計是每Bit 10^-15焦耳。他又指,Kindle電子書即使裝了幾千本書,重量也僅增加1阿克(attogram,即10^-18g)

  儲存多少資料才會令人感覺到硬盤變重?根據韋伯定律(Weber's law, 表明心理量和物理量之間關系的定律),人類可以感知兩個物體間的重量差距是5%以上。以iPhone 6重量129克為例,要有6.45克差距,我們才能感覺到存在分別。但現時手機儲存的數據量,無可能累積到如此大的重量。

  Kubiatowicz理論早于2011年獲科普界注意,獲New York Times報導。著名科普 Youtuber“Vsauce”的短片也引用了Kubiatowicz。

  Vsauce舉出生活化例子來解釋(或可視為一種推演,不必完全認同)。一封普通電子郵件包含一段文字和一個附件,大小約為50K字節(Byte)。1K有1024 byte,1字節有8 Bit,因此此郵件包含409600 Bit。平均約有一半的Bit是“1”,另一半為“0”,所以有204800個“1”的信息需要電容器來存儲,于是總共需要大約80億粒電子。假設一粒用于數據儲存的電子重量為2 × 10^?30磅,一封50K電郵重量便約為1.6 × 10^?20磅,大約相等于21000粒鉛原子的重量。2011年全球網絡數據約為5萬億TB,Vsauce根據Kubiatowicz的理論,推算其資料總重量大概同一粒草莓相若。不過網絡數據量幾年來大幅增長,現時“互聯網”的總重量應該已增加好多倍。

  理論終歸理論。由于大量數據也只能令硬盤出現微乎其微的重量改變(畢竟電的重量無法用儀器實測),電子造成質量改變的機制亦存在不少商榷余地。《網易科技》就有關話題之文章強調,HDD硬盤通電后電子的運動過程會出現離散狀況,也難免造成電子滯留。嚴格而言,硬盤重量可能改變,只是電腦硬盤(此處指HDD)跟電容曉鎖住電子的USB不同,電子雖有重量,卻可能只是有“較大機率”存在于儲存器中,而非被鎖在元件內部。硬盤重量可能會減少,可能會增加,亦有可能維持不變(HDD斷電后重量不變是最有可能的)。

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