谢邀刚好前一阵有感而发写了篇文章：老狼：存满数据的硬盘是不是比空硬盘重？ 刚好回答这个问题，简单来说就是存了数据后，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（但要记住，是0变多了，而不是1），所以变重了，尽管只有几乎可以忽略的一点点！。

平时就喜欢听喜马拉雅的《卓老板聊科技》，作为路上打发时间的利器，卓克的这个节目强调科学思维，其内容深度和广度确实让我大开眼界昨天偶尔听到一集，关于“存满数据的硬盘是不是比空硬盘重？”的问题，角度十分刁钻，让我也开了脑洞。

不过，其中关于SSD固态硬盘的存储部分有些许错误，虽然瑕不掩瑜而且结论正确，我还是想要澄清部分对SSD原理广泛的误解和卓克一样，我也将硬盘分为传统磁介质硬盘和固态硬盘两种，两种硬盘有不同的答案和他不同的是，我希望从空硬盘什么样，存满数据的硬盘什么样的角度来推导出结论。

空硬盘什么样？大家买回去的硬盘上面什么也没有，还需要重新分区等等操作，是不是硬盘上面就空空如也，什么也没有呢？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内容，很小部分为数据（假设0，1参半）SSD存储介质采取NAND Flash为了简化起见，我们只讨论SLCMLC/TCL/QLC也类似，并不影响结果空的SSD出厂前已经被写入原始的FTL映射表，空闲块也已经被预擦除（不是必须，结果一样）。

和卓克认为的不一样，被擦除后是全1，也就是说空SSD是绝大部分是1，很小部分是数据（也假设0，1参半）存满数据后有什么变化？为了简化起见，我们假设存满的数据也都是0，1参半那么存满数据后硬盘发生了什么变化呢？。

磁介质硬盘数据是通过调整磁介质磁极方向来存储的卓克的比喻十分形象，这里借用一下：机械硬盘是一个筐子，磁介质是里面放的很多香蕉0是香蕉把朝北，1是香蕉把朝南存满数据就相当于，原来香蕉把都朝北，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，卓克认为是测量被囚禁在浮动栅（Float 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，因为空的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。

但是我们前面提到，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，是会重一点卓克犯了两个错误，负负的正，结论反倒是正确的实际上存0比存1重，所以SSD会变重点。

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的基本原理在1980年代之后基本就没有变化过。它的构成和场效应管(MOSFET)十分类似：

它由：源极（Source）、漏极（Drain）、浮动栅（Float 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。

我们的写操作（Program)是这样：

在控制栅加正电压，将电子（带负电）吸入浮动栅在此后，由于浮动栅上下的二氧化硅材料并不导电，这些电子被囚禁（Trap）在浮动栅之中，出不去了这样无论今后控制栅电压有否，这个状态都会保持下去，所以闪存可以掉电保存数据。

注意写操作完毕后，该闪存单元存储的是0，后面我们将会介绍为什么。我们的擦除操作（Erase）刚好相反：

在源极加正电压利用浮空栅与漏极之间的隧道效应，将注入到浮空栅的负电荷吸引到源极，排空浮动栅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？以为读取的时候，需要给控制栅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。

源极和漏极之间是处于被关闭的状态：

如果是被擦除过的就刚好相反，源极和漏极在控制栅的低电压作用下，处于导通状态：

也就是说通过向控制栅加读取电压，判断漏极-源极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，就是浮动栅（Float 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，所以重一些答疑今天我就其中思考比较深入的问题统一就我的理解做一个解释Q: 好像也不对，虽然局部锁住了电子，但整体上SSD是电中性的，所以应该也会有些局部的原因抵消了电子的电负性，比如。

正离子、空穴之类Q: 这样会造成电源流出和流入的电子数量不匹配，电荷不守恒了我猜电子是从衬底中来的，浮栅充电后衬底多了相应数量的空穴Q: 但是电子带负电，电子多了如果不是本来就在里面的，那还有别的什么离子进去啊。

A: 总的来说疑问就是多余的电子从哪里来？半导体不是电中性吗？思考这些问题的同学应该是具有一定的半导体的知识这很好，我们都知道场效应管(MOSFET)其中虽然分为N型和P型，但整体是电中性的，即正负电荷总数相等。

昨天的这幅图：

让很多同学认为电荷是从基底/衬底，也就是P型半导体抽上来的，总体电子数量不变，因为电中性。这是因为我为了面向一般受众，将一些具体的细节没有提及，难怪产生误解。下面这个图应该就比较清楚了：

我们可以看到源极Source和漏极Drain都是N型半导体，基底是P型半导体。与一般MOSFET不同的是，这里有两个Gate,他们之前由氧化物绝缘层隔离。Program（写0）的过程是这样：

源极接地，漏极接正电压，同时在控制gate接正电压电子就从源极向漏极流动，在控制gate上电压足够高时，电子会穿过氧化物绝缘层（tunneling）,被捕获(trap)在浮动gate中这个电压要刚刚好，既要让电子穿过第一个氧化物绝缘层，又不能让它们继续穿过下一个。

氧化物绝缘层到达控制gate看到这里，相信同学们已经清楚电子从哪里来的，半导体的电中性怎么样了吧电子是从source的ground来的，没有东西被电离电子确确实实是多出来了，它们会被关在那里，直到下一次越狱的机会。

值得一提的是，电子并不会被永远关在那里，如果闲着不动的话，有逃离的机会：老狼：杂说闪存番外：我们的数据存在固态硬盘上安全吗？909 赞同 · 138 评论文章

Q:感觉应该是充放电造成电势能变化，进而E=mc2造成质量变化Q:不只有内能，假设内能完全不变，电子从分散到聚集电势能肯定增加的磁场排列从无序到有序能量肯定也是增加Q:是不是熵增加了？A: 是势能发生了变化，从这个角度理解也可以。

熵实际上应该是减小了Q:要是能做实验 观测到 重量变化就好了 哈哈哈哈，原来 一直在想这个问题，是不是写满了就变重了A: 这个目前来说没法做实验电子质量是9.10938356 × 10（-31）kg，就算trap了一亿个电子，我们的测量仪器还没有这种灵敏度。

其他的干扰因素，如风吹啊，灰尘啊等等带来的影响就比这增加的一点点质量要高得多结论存满数据后，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（但要记住，是0变多了，而不是1），所以变重了，尽管只有几乎可以忽略的一点点！

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