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混迹技术版“十万个为什么”多日，皮皮特来分享，先讲一则“尬笑话”。一教授去中关村买电脑。售后推荐，我们的电脑性能卓越，不超过2kg，适合您使用，于是买之。

次日，教授又来，“我昨天称量，一共2.04kg，你们这是欺骗消费者。”客服解释，“您称不准。”教授暴怒：“我是国内首屈一指的称类专家，标准砝码就是从我手里出去的！”

客服退下，经理上，“您看，当天买下的时候，确实少于2kg，但是您在这里装了很多软件，还存了很多东西，您想想，这些东西换成书，要多重啊，即使我们这么先进的电脑，也要重一点啊。”

遂教授满意而归。

皮皮只想真诚地发问：so？存满数据的硬盘比空硬盘重？

为此，皮皮决定从多方渠道资料入手，找到真相。

在验证真相之前，首先我们要对硬盘有一个浅显的认识。空硬盘什么样？

空硬盘什么也没有？其实并不是。磁介质机械硬盘出厂时做过低级格式化，拿到用户的手上时已经被写入柱面、磁道、扇区等等信息，在没有内容的数据区，都被磁化成0的内容。所以空机械硬盘是绝大部分为0的内容，很小部分为数据（假设0，1参半）。

/ 存满数据后有什么变化？/

磁介质硬盘数据是通过调整磁介质磁极方向来存储的。有人比喻：机械硬盘是一个筐子，磁介质是里面放的很多香蕉。0是香蕉柄朝北，1是香蕉柄朝南。存满数据就相当于，原来香蕉柄都朝北，现在一半朝北一半朝南。请问筐子重量会不会变化呢？当然不会！

SSD的NAND Flash存储，有人认为是测量被囚禁在浮动栅（Floating Gate）里面的电子的数量，大于100就是1，小于就是0。因为电子有质量，空的SSD以前都是0，现在被囚禁了很多电子，导致0，1参半，所以会重一点点。但是空SSD实际上绝大部分是1，存满数据实际上是0变多了，那是不是意味着存满数据，SSD变轻了呢？

实际上，存0比存1重，所以SSD会变重。那么为什么存0反倒比存1重呢？这要从NAND Flash的存储原理说起。

/ 闪存的工作原理 /

闪存采用MOSFET来存放数据，它由：源极（Source）、漏极（Drain）、浮动栅（Floating Gate）和控制栅（Control Gate）组成。相对场效应管的单栅极结构，闪存是双栅极结构。浮动栅是由氮化物夹在二氧化硅材料（Insulator）之间构成。MOSFET结构如下图：

数据就存放在Floating Gate之中，一个门可以存放1bit数据。如图所示，门中电压有个阈值Vth。如果检测到电压超过Vth，那么便认为这个bit是0，数据的写入和擦除，都通过Control Gate来完成。

在Control Gate加正电压，将电子（带负电）吸入Floating Gate。在此后，由于Floating Gate上下的二氧化硅材料并不导电，这些电子被囚禁（Trap）在Floating Gate之中，出不去了。这样无论今后Control Gate电压有否，这个状态都会保持下去，所以闪存可以掉电保存数据。操作完毕后，该闪存单元存储的是0，擦除操作（Erase）刚好相反：

在Source加正电压利用Floating Gate与Drain之间的隧道效应，将注入到Floating Gate的负电荷吸引到Source，排空Floating Gate的电子。这时读取的状态是1。

那为什么有电子是0，没电子是1呢？因为读取的时候，需要给Control Gate加一个低的读取电压，对于被Program过的闪存单元来说，被囚禁的电子可以抵消该读取电压，造成Source和Drain之间是处于被关闭的状态：

如果是被擦除过的就刚好相反，Source和Drain在Control Gate的低电压作用下，处于导通状态：

通过向Control Gate加读取电压，判断Source-Drain之间是否处于导通状态来读取闪存单元的状态，如果被Program过的，就是处于关闭OFF状态，为0；而被Erase过的，就是处于导通状态ON，为1。

总结一下，就是Floating Gate里面没有电子，就是1；如果有电子，就是0。因为0有少许电子，比没有电子的1的状态要重一些。空的SSD大部分是1，没有电子；写满后0状态变多了，有了更多的电子，所以重一些。

/ 结论 /

存满数据后，机械硬盘只有磁级变化，质量不变；而SSD因为锁住了更多的电子，所以变重了。尽管只重了0.00000（此处省略多个0）1克。不过，全世界的互联网大概也就一颗草莓那么重呢~

最后，好奇皮皮再一次上线：学习会让体重增加吗？（毕竟知识就是力量）

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