Решён
Как физически хранится информация на компьютере?

Понимаю что файлы это нули и единицы. Но как они реально записаны на жестком диске или SSD? Что там происходит на физическом уровне? Какие то магниты? Электричество?

Интересно разобраться как из физических процессов получаются картинки, музыка, программы.

Решение
124
Участник • 2 ответа

Зависит от типа накопителя. Объясню оба.

Жесткий диск (HDD)

Внутри крутятся металлические пластины (блины), покрытые ферромагнитным слоем. Над ними летает считывающая головка на расстоянии нескольких нанометров от поверхности.

Когда нужно записать бит, головка создает магнитное поле которое намагничивает микроскопический участок пластины в одном из двух направлений. Направление "север-юг" - это 1, направление "юг-север" - это 0 (условно).

При чтении головка регистрирует изменения магнитного поля и преобразует их обратно в электрические сигналы.

Плотность записи безумная - около триллиона бит на квадратный дюйм на современных дисках.

Твердотельный накопитель (SSD)

Здесь нет механики вообще. Данные хранятся в ячейках флеш-памяти типа NAND.

Каждая ячейка - это транзистор с плавающим затвором. Затвор окружен изолятором и может удерживать электроны годами без питания.

Чтобы записать 1, на ячейку подается высокое напряжение и электроны "туннелируют" через изолятор в плавающий затвор. Чтобы записать 0, электроны выталкиваются обратно.

При чтении измеряется пороговое напряжение ячейки. Если там есть заряд - это 1, нет заряда - 0.

Современные SSD используют многоуровневые ячейки (TLC, QLC), где в одной ячейке хранится 3-4 бита за счет разных уровней заряда.

Как из битов получаются файлы

Файл - это просто последовательность байтов (по 8 бит). Интерпретация зависит от формата.

Например, в картинке JPEG первые байты - это заголовок с информацией о размере и сжатии. Дальше идут коэффициенты дискретного косинусного преобразования которые декодер превращает в пиксели.

В MP3 биты кодируют частотные компоненты звука после психоакустического сжатия.

В исполняемом файле (.exe) биты - это машинные инструкции процессора.

Аватар Игорь Савченко

Вау, круто объяснил! А правда что SSD изнашиваются от записи?

Аватар Светлана Жукова

Да, изолятор вокруг плавающего затвора деградирует от туннелирования. У каждой ячейки есть лимит перезаписей (TBW). Но для обычного пользователя это тысячи терабайт, хватит на 10+ лет.

45
Эксперт • 2 ответа

Если совсем на пальцах: HDD это как виниловая пластинка, только вместо бороздок - магнитные метки. SSD это как куча выключателей которые помнят свое состояние даже без питания.

21
Участник • 1 ответ

Рекомендую видео на YouTube от канала Branch Education - "How do SSDs Work?" и "How do Hard Disk Drives Work?". Там 3D анимация на уровне атомов, все наглядно показано.

Написать ответ

Премодерация гостей

Вы отвечаете как гость. Ваш ответ будет скрыт до проверки модератором. Чтобы ответ появился сразу и вы получали репутацию — войдите в аккаунт.

Будьте вежливы и соблюдайте правила платформы.