Почему информация, нанесенная на носители, работающие на слабом токе, не исчезает при отключении тока?

Спрашивает
Иван Петров
#физика
+1
#электричество
18.02.2023
55 304
Средний вопрос

Краткий ответ такой: потому что для хранения заряда в полевом транзисторе с плавающим затвором не нужен постоянный источник тока, и нет необходимости регулярно обновлять ячейки, как в динамической памяти (где данные хранят конденсаторы).

Судя по всему, речь в вашем вопросе не идет о магнитных или оптических дисках, принцип работы которых примерно понятен из названия. Вы спрашиваете про полупроводниковую память — флеш и прочие типы постоянных запоминающих устройств (ПЗУ). Ее принципиальное устройство особенно интересно, потому что в качестве носителя информации выступает электрический заряд напрямую.

Элементарная ячейка флеш-памяти — полевой транзистор с плавающим затвором, который упрощенно можно представить как маленький конденсатор внутри обычного полевого транзистора. Работает это следующим образом.

Когда на обычный полевой транзистор подается управляющее напряжение, его затвор становится источником электрического поля, которое блокирует поток электронов между истоком и стоком. Добавим под затвор окруженный изолятором полупроводник — это и есть плавающий затвор. Если его зарядить, то он тоже станет источником «блокирующего» поля. А если заряда в нем нет, то транзистор будет работать, как раньше.

Проблема только в том, что «накачка» плавающего затвора электронами и стекание их с него идет через слой изолятора, а значит, требуется его в буквальном смысле слова пробить. То есть превысить (или чуть-чуть не достигнуть его для разрядки) некое пороговое напряжение, обусловленное его характеристиками. Каждый такой цикл записи и удаления информации — наполнения плавающего затвора электронами или стекания их с него, — не проходит бесследно для изолятора. Поэтому срок службы флеш-накопителей ограничен и, в общем случае, существенно меньше, чем у магнитных или оптических дисков.

Вдобавок, несмотря на отсутствие прямых контактов емкости (плавающего затвора) и остальной цепи, утечка электронов из него все равно возможна. Ведь слой изолятора имеет толщину в считанные атомы. Из-за этого флеш-накопители, особенно выполненные по тонким техпроцессам и чьи ячейки сгруппированы плотнее, имеют неприятное свойство терять данные со временем. Поэтому в качестве архивного носителя их лучше не использовать.

Комментарии

43 Комментариев

Женя Бондт
20.02.2023
-
1
+
Стало быть, при однократной записи менее всего расходуется ресурс изолятора, что, собственно, характерно для архивных носителей.
Zhe Sh
19.02.2023
-
0
+
Самые долговечные носители информации, видимо, перфокарты. И лучше даже не бумажные, а из пергамента. 3-4 тысячи лет гарантированы. Если, конечно, их какие-нибудь жуки не съедят. :)))
    Zhe
    Zhe
    19.02.2023
    -
    3
    +
    ЗЫ Посчитал, каков будет вес стандартных перфокарт для записи информации в 1 ТБ. Получилось примерно 24 000 т. Так что предложение снимается)
    +
      ещё комментарии
Из того, что серийно производилось, самые долгоживущие были магнитооптические диски, но у них, по крайней мере Fujitsu, через несколько лет дохли приводы, и объем был кажется 2.3Гб максимальный для 3.5", так что в итоге ушли в прошлое. Активно использовались в медицинской технике (УЗИ, рентген и т.п.). Сейчас самый простой способ сохранить личную информацию, это иметь несколько копий на разных носителях, в том числе в облаках. Для объемов до нескольких терабайт это вполне реально и не так уж затратно. В общем главное - иметь бэкап, желательно не один, и не в одной физической локации. Для долговременного хранения несколько жестких дисков на полке и раз в несколько лет проверять. Главное чтоб инфа была не в одном экземпляре. И еще. Не путайте RAID массивы с бэкапом! Они для другого (бесперебойности работы), а копия информации на массиве все равно одна.
Zhe Sh
18.02.2023
-
0
+
Вопрос автору: а для внешнего жесткого диска какова ожидаемая длительность хранения? Конкретнее - Тошиба на 1 ТБ.
    Евгений
    19.02.2023
    -
    0
    +
    Ну лиш бы механика не сдохла, и без механических повреждений. А так, если эти факторы исключить в отключеном состоянии практически сколь угодно долго. Ну и с жестяка можно в сервисе данные вытянуть даже если помрёт по идее. Ну стоит конечно дорого. А вот с ссд вытянуть данные уже не получитьтся
    +
      ещё комментарии
      Zhe
      Zhe
      19.02.2023
      -
      0
      +
      Ну, поскольку внешний HDD включается редко, там и механика, по идее, не должна изнашиваться, в отличие от обычного штатного винча в компе. Главное, чтобы сами диски не размагничивались лет 50 хотя бы - такого срока мне хватит))
        Василий
        19.02.2023
        -
        0
        +
        С обычными HDD все и проще и сложнее. Там есть механика, которая лучше всего себя чувствует, если используется непрерывно и в монотонном режиме. Но при этом все равно есть какой-то ресурс, дальше которого никто никаких гарантий не даст. Плюс, каждое включение — это пиковая нагрузка, не зря их обязательно считают. В общем, идеального решения нет. Винт лежащий на полке 10 лет, на самом деле, может и сохранится с меньшим количеством битых ячеек (магнитных доменов), чем флешка рядом, но при попытке включения словит клина из-за засохшей смазки или коррозии какой-нибудь. У меня однажды у древнего жёсткого диска пригнила (именно так, окислился "кончик" и прилип к той направляйке, что в месте парковки) головка чтения/записи. Когда разобрал, офигел
-
0
+
Комментарий удален пользователем или модератором...
    Василий
    18.02.2023
    -
    3
    +
    Оптические (на изменении агрегатного состояния) накопители тоже не сказать чтобы сильно долго живут. Лет пять -- уже запросто ошибки или попросту не читается, десять -- гарантированно не прочтется в 95% случаев. Речь о перезаписываемых или однократно записываемых. Те, что с фильмами продаются (печатанные с мастера) живут сильно дольше, там немного другой принцип. В целом, стандарт де-факто для архивного хранения -- магнитные ленточные накопители, они хорошо живут десятилетиями. С них только случайное чтение занимает мучительно много времени. Насчет альтернативных технологий -- тысячи их, но всегда надо учитывать, что выиграет та, что легко воплощается массово (дешевые и доступные средства чтения/записи) и удобна для своего применения. Так что дело не в мотыльковом веке, а в экономике. Иногда используются экзотические методы для конкретных решений, но это редкость.
    +
      ещё комментарии
      Max
      Max
      18.02.2023
      -
      1
      +
      Я думаю, что в случае ленточного накопителя оптимальнее линейно скопировать всё во флеш и там уже случайно читать, чем делать это напрямую
        Василий
        18.02.2023
        -
        1
        +
        Ессно, так и работают банки. Если упрощенно, то там обращение к непосредственно данным прогнозируется на основе предыдущих запросов и просто копируется заранее в кэш целый кусок ленты, иногда вся целиком.
      Лев
      18.02.2023
      -
      0
      +
      Комментарий удален пользователем или модератором...
        Василий
        18.02.2023
        -
        2
        +
        Это больше беда не самого типа накопителя, а его класса и сферы применения -- потребительский. Если хранить файлы солидворкса на логическом диске с файловой системой, где есть контроль четности и прочие прибаутки для устранения неизбежных ошибок ячеек памяти, все будет в порядке.
          Лев
          18.02.2023
          -
          0
          +
          Комментарий удален пользователем или модератором...
            Василий
            18.02.2023
            -
            0
            +
            Особой грамотности и не надо. Сделайте резервную копию, форматируйте жесткий диск с нуля в NTFS и бед не знайте. В большинстве случаев этого будет достаточно. Если сам диск физически не сыпется, виндовая NTFS начиная с Win 7 -- очень надежная штука для домашнего использования Мне больше нравится ext4 и прочие приблуды линухового мира, но на практике все равно не использую, кроме смартфона, ибо пекарня майкрософтовская
      Zhe
      Zhe
      18.02.2023
      -
      0
      +
      "Оптические (на изменении агрегатного состояния) накопители тоже не сказать чтобы сильно долго живут. Лет пять -- уже запросто ошибки или попросту не читается, десять -- гарантированно не прочтется в 95% случаев." Т.е. вы хотите сказать, что мои DVD с бесценными семейными фото-видео-архивами почти все уже сдохли? Я бы с удовольствием опроверг ваше утверждение, но, к сожалению, в доме уже не осталось ни одного живого оптического привода(((
        Василий
        19.02.2023
        -
        0
        +
        Нет, я вовсе не утверждаю, что они гарантировано сдохли. Просто _вероятность_ ошибок при чтении с каждым годом сверх 5 лет хранения возрастает. На рубеже 10 лет (пальцем в небо, точных исследований не помню) я бы гарантировал, что ошибки будут и много. При этом хорошие шансы на восстановление большей части данных есть всегда. А если фото действительно бесценные, я бы озаботился их переносом на более свежий носитель. Хотя бы жёсткий диск тот же. Привод на авито найти сейчас — не проблема, даже подключаемый по USB. Главное морально приготовиться к возможным потерям и запастись гайдами по восстановлению данных и побайтовому чтению оптических дисков (вот это запросто уже не найти, многие старые форумы железные канули в лету)
      Вячеслав
      20.02.2023
      -
      1
      +
      У меня CD-R и RW, записанные в 2003-м до сих пор читаются. Штамповки вообще 1997-го. Ошибок нет.
        Василий
        21.02.2023
        -
        0
        +
        Качественные болванки, хорошие условия хранения и везение. Я год назад разгребал барахло, выкинул целую пачку уже полностью не читающихся, хотя куплены в начале 2010-х и записаны однажды
    Татьяна
    31.03.2023
    -
    0
    +
    Сегодня все важные данные в важных конторах хранятся на оптических дисках. А они знают толк в этом
    +
      ещё комментарии
-
2
+
Спасибо большое, всё очень логично и корректно. Такую статью - в школьный учебник (институтский имею ввиду).
    Василий
    18.02.2023
    -
    0
    +
    Спасибо за отзыв, мне было сложно написать просто и понятно, рад, что получилось
    +
      ещё комментарии
      Ванечка
      18.02.2023
      -
      0
      +
      Электроны попадают на затвор за счет туннельного эффекта (квантового), поэтому пассаж насчет "пробития диэлектрика" и связанных с ним ужасов немного не в кассу. Электрон телепортируется на ту сторону, а не "проходит сквозь", и ничего там не повреждает. Поэтому срок хранения данных на флешке достаточно велик. По заявлениям производителей до 10 лет, по сообщениям пользователей может и дольше. https://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=27:12054 Но ничто не сравнится с тормознутостью админов которые никак не исправят обрубание ссылок 😆
        Василий
        18.02.2023
        -
        0
        +
        Все так. Но тут пришлось упрощать, формат. Я пока не придумал, как интересно и понятно рассказать про туннельный эффект и его роль в современной микроэлектронике. Можете задать нам такой вопрос, будет повод пошевелиться интенсивнее)))
        Василий
        18.02.2023
        -
        0
        +
        Ну и кстати насчёт туннельного эффекта и отсутствия повреждений, тоже не все так просто. Там целый комплекс эффектов сопутствует и деградация материалов неизбежна А про длительность хранения — вполне логично, что старая флешка малого объема без проблем прочиталась, веселее будут попытки извлечь данные через 10 лет на полке с microSD, но уже объемом на терабайт
          -
          0
          +
          Состоявшийся по факту переезд бытовых устройств со старых добрых жестких дисков на SSD принесет неприятные сюрпризы? Или это компенсируется возможностями файловых систем по компенсации ошибок и деградации? Или контроллеров этих SSD.
            Василий
            18.02.2023
            -
            0
            +
            Depends Бытовые компьютеры редко простаивают по несколько лет подряд. А если их включать чаще, чем раз в полгода, то встроенные в контроллер алгоритмы коррекции ошибок все потерянные из-за утечки зарядов из плавающих затворов байты вернут. Когда таких ошибок накапливается слишком много (для всех устройств по-разному, но пальцем в небо -- где-то за год простоя без включения точно наберется достаточно), они уже не справятся, тут возможны "сюрпризы". В целом, количество сценариев, когда SSD реально хуже HDD исчезающе мало. А учитывая, что все массовые современные файловые системы имеют те или иные механизмы коррекции ошибок, надежность дублируется.
          Max
          Max
          18.02.2023
          -
          1
          +
          Если данные прям данные, нет никаких проблем раз в 10 лет перезаписать
            bobr
            18.02.2023
            -
            1
            +
            Если данные прям данные, то желательно их хранить в трёх экземплярах: двух облачных хранилищах и одном физическом носителе. И периодически сверять целостность каждого из них по двум другим. Но, наверное, "данные прям данные" это всё же не семейный фотоархив, а что-то имеющее коммерческую ценность. Если тут речь именно о том, как хранить семейный фотоархив, то я бы предложил просто облачное хранилище. Это гораздо надёжнее любых флешек и компакт-дисков. Сейчас полно бесплатных на достаточно большой объём - яндекс, мейл.ру, гугл.
        Jonu
        18.02.2023
        -
        0
        +
        Я ваще читал что флыш накопители современные чутьли не вечьные читал от института иследования технологий
          Василий
          19.02.2023
          -
          0
          +
          При правильном использовании — да, условно вечные. Гораздо долговечнее жёстких дисков, которые имеют движущиеся части в конструкции
            Ванечка
            19.02.2023
            -
            2
            +
            долговечнее жёстких дисков
            Вот только не надо путать сроки хранения информации и продолжительность работы. Обычный бытовой SSD при не слишком активном использовании живет несколько лет порой даже меньше гарантийного срока. Зато умирает быстро и сразу, да так что данные с него спасти весьма затратно. Недавно менял А-DATA (не самая плохая фирма) который прожил два года при гарантии в три. HDD редко умирает вот так совсем, обычно на нем накапливаются ошибки, плохие блоки, которые легко выявляются при тестировании или просмотре S.M.A.R.T. То есть у пользователя полно времени для замены диска и копирования информации. Хотя по надежности они да, почти сравнялись, может даже немного долговечнее (но не гораздо) В компе стоит диск который отработал 50006 часов (10 лет из расчета 12 часов в сутки) и продолжает работать (кристал диск пишет "тревога" уже года три ). Где-то в ящике валяются диски родом из нулевых недавно втыкал - заводятся.
      Jonu
      18.02.2023
      -
      0
      +
      Это в смартфонах же тоже флэшь накопители и они тоже не долго живут но у меня телефон 12 лет и работает и записавает прекрасно и мног раз бесчисленное сбрасывал и стирал там память но он не умер работает уже 12лет
        Василий
        19.02.2023
        -
        0
        +
        Опять же — 12 лет, это single-level cell flash ещё, причем по старым техпроцессам типа 90 нм. Такие флешки действительно могут очень долго жить не теряя ячейки в критичном объеме. Хотя у меня iriver clix два года назад найденный на полке продемонстрировал именно битую флешку. 16 лет гаджету

Есть что спросить?

Вы можете получить ответ на вопрос по любой теме от экспертов нашей редакции, хорошо разбирающихся в этой теме.

Задать вопрос

Похожие вопросы

Может проломить, не сомневайтесь. Плотность пыли — ну, примем очень примерно за 50 кг/м3 (строго говоря,...Читать далее

Это классическая задача из «Занимательной физики» Якова Перельмана — в ней как раз рассматривалось движение...Читать далее

«Наполнить вакуумом» — это оксюморон. Так лингвисты называют словосочетание, содержащие в себе смысловое...Читать далее

Почему пламя — не плазма? Оно же газообразное и проводит ток, то есть ионизировано.
Спрашивает
Belzebuth
#горение
+3
#плазма
#пламя
#физика
21 января
94 235
Сложный вопрос
10


Начну с краткого ответа. Пламя нельзя называть плазмой по двум причинам:

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно