Сколько Живёт Информация? Жёсткий диск, SSD и Оптические Диски

[ad#ad-1]

Здравствуйте дорогие друзья, с вами Артём.

Нас с вами постоянно окружают различные носители информации: жёсткие диски, карты памяти, USB флешки.

В последнее время всё реже стали встречаться оптические накопители CD/DVD и Blu-Ray, которые, однако, всё ещё не потеряли актуальность. Особенно для хранения и архивирования важных данных.

Насколько же долго может хранится информация на тех или иных носителях, без физического повреждения?

А если надолго отключить питание от SSD или жёсткого диска? Сколько они продержатся?

Вот об этом сегодня и поговорим, и начнём, пожалуй, с обычного жёсткого диска (HDD).

Для хранения информации жёсткие диски используют классические принципы магнитной записи.

Жёсткий диск состоит из платы электроники, электромотора, актуатора с головками чтения и записи, а также из ряда магнитных пластин.

Все ваши данные, а именно биты хранятся на пластинах из алюминиевого сплава, которые покрытые специальным ферромагнитным материалом.

Ферримагнитный материал состоит из мельчайших кристаллов, которые формируют так называемые магнитные домены, под действием магнитной записывающей головки.

Можно также рассмотреть логическую структуру магнитной пластины.

На пластине прямо с завода наносятся специальные дорожки, куда и записывается вся информация.

Группа дорожек входит в так называемый геометрический сектор, а часть дорожки в этой группе называется сектором дорожки.

P.S. Более подробно про работу Жёстких дисков, можно посмотреть тут:

Как данные записываются на HDD

Зачем нужен гелий внутри жёсткого диска

Увеличение производительность HDD

Кластер — это наименьшее место на диске, которое занимает тот или иной файл.

Например, при размере кластера в 4 Кб самый маленький файл будет занимать 8 секторов диска, даже если физически файл имеет размер меньше 4 Кб.

Если на диске хранятся преимущественно мелкие файлы, то кластер выбирается поменьше, если крупные, то побольше (для домашнего использования 4 Кб оптимальный выбор).

При записи магнитная головка изменяет так называемые магнитные моменты электронов и таким образом структура домена может иметь два разных упорядоченных направления, что трактуется как ноль или как единица.

Ферромагнетики способны сохранять свою намагниченность, даже когда записывающая головка перестала воздействовать на материал своим внешним магнитным полем.

Такая способность называется остаточной намагниченностью.

Таким образом если не рассматривать физическое повреждение компонентов жёсткого диска, то на срок хранения информации влияет время сохранения остаточной намагниченности доменов ферромагнитного материала диска.

Отдельно стоит отметить так называемую коэрцитивную силу.

Чем выше эта сила у ферромагнетика, (которым покрыты пластины жёсткого диска), тем он более устойчив к внешним магнитным полям.

Внешние магнитные поля могу размагнить поверхность, что приведёт к повреждению хранимых данных.

Современные жёсткие диски как раз и используют ферромагнетики с высокой коэрцитивной силой, а внутренняя поверхность так называемой гермозоны (герметичного пакета, где находятся головки и сами пластины) очень часто покрывается специальным защитным экраном от внешних магнитных полей.

Таким образом если вы записали данные на жёсткий диск и отключите питание от него, то теоретически информация может хранится на нём десятки лет, без повреждения.

Конечно, ориентация структуры материала магнитных доменов рано или поздно изменится и станет разнородной, что приведёт к шумам в данных, а впоследствии и к повреждению самой информации.

На это может влиять множество факторов и условий, в которых хранится жёсткий диск.

Те же вибрации, сильный нагрев или охлаждение, внешние мощные магнитные поля, или ионизирующее облучение (последнее конечно же в обычной жизни не встречается).

Если жёсткий диск активно работает в вашей системе (например, происходит регулярная активная запись), то на функционал диска влияют механические факторы.

Такие как корректная работа контроллера, актуатора с головками (например головка может упасть на пластину жёсткого диска и повредить её (в активной работе головки никогда не касаются диска физически)).

В конце концов и производственного брака никто не отменял.

Однако частенько даже при выходе из строя некоторых механических частей, физически информация будет в целости и сохранности на блинах диска.

Её ещё даже можно будет восстановить, правда за очень немаленькие деньги.

Про жёсткий диск выяснили, а что же с Flash NAND памятью, которая используется в SSD, картах памяти и USB флешках?

Чтобы ответить на этот вопрос, опять обратимся к структуре Flash памяти, чтобы понять, как она хранит информацию.

NAND флеш память состоит из трёхмерных массивов так называемых ячеек памяти, все ячейки соединены между собой последовательно.

Ячейки объединяются в группы, группы в страницы, а сами страницы в блоки.

Сложновато? Ничего страшного, думаю, что схема на экране поможет вам разобраться в терминологии.

Что же на практике представляет собой ячейка флеш памяти?

Сначала использовались так называемые транзисторы с плавающим затвором, который благодаря изменению управляющего напряжения захватывал в себя электроны.

Состояние заряда в затворе и трактуется как логический 0 или 1.

Однако все современные флешки, карты памяти и SSD используют так называемые ячейки на основе ловушки заряда от английского CTF (Charge Trap Flash).

Для хранения используется тонкая плёнка нитрида кремния, однако конечный смысл точно такой же – интерпретировать состояние заряда как 0 или 1.

Ячейки флеш памяти могут быть четырёх видов: SLC (хранит 1 бит), MLC (2 бита), TLC (3 бита), QLC (4 бита).

Чем больше бит хранит ячейка памяти, тем более ёмким можно сделать SSD накопитель или флешку или карту памяти

P.S. Более подробно про SSD накопители можно посмотреть тут:

Сколько живёт SSD

Что такое команда TRIM и зачем она нужна

Оптимизация SSD накопителя в среде Windows

На самом деле не всё так просто, как кажется, на первый взгляд.

Конструктивно все ячейки этих типов не отличаются друг от друга.

Однако для хранения нескольких бит одновременно требуется несколько уровней напряжения, а чем больше уровней напряжения используется, тем быстрее изнашивается материал диэлектрика в ячейки памяти.

Такой износ в основном происходит при интенсивной и постоянной записи.

Так что, например ячейки памяти QLC имеет меньший ресурс, чем те же MLC.

Сколько же может хранится информация, если обесточить SSD накопитель, флешку или карту памяти?

Очевидно, что если ячейка хранит в себе заряды, то они не смогут вечно удерживаться без дополнительной электрической подпитки.

Например, та же компания DELL в документации по SSD накопителям указывает, на то, что срок хранения данных в обесточенном виде может достигать более 10 лет.

Однако если флеш память уже значительно изношена, то в самом худшем сценарии в обесточенном состоянии срок хранения данных может составить всего около 6-и месяцев.

На срок хранения данных может оказать влияние низкие или высокие температуры и ионизирующее излучение.

P.S. eMLC память на скриншоте, это тоже самое что и MLC только с увеличенным ресурсом циклов стирания.

Таким образом, чисто теоретически жёсткий диск может хранить данные дольше чем та же флеш память (речь про хранение в обесточенном виде).

Хотя конечно же всегда есть множество нюансов, факторов и частностей.

Ну и последний тип носителей – это оптические диски, на которых информация записывается при помощи лазерного луча.

Разберём принцип работы оптических накопителей по подробнее, чтобы ответить на вопрос о надёжности и долговременном хранения данных.

Все оптические диски независимо от вида (CD/DVD/Blu-Ray) могут быть как однократно записываемыми – CD-R/DVD-R/+R/BD-R.

Так и многократно записываемыми – DVD+/-RW/CD-RW/BD-RE.

Даже если не вдаваться в технические подробности, то сразу становится ясно, что данные на не перезаписываемых дисках (однократно записываемые) будут хранится куда дольше, чем на перезаписываемых RW и RE в случае с Blu-Ray.

Любой оптический диск состоит из так называемой поликарбонатной основы.

Далее следует отражающий слой из очень тонкого напыления металлом (алюминий, золото, серебро).

За защиту этого слоя отвечает специальный защитный слой, а под отражающем слоем находится слой, который и отвечает за хранение информации.

Сама зеркальная поверхность дополнительно покрыта слоем лака для защиты от царапин.

Информация записывается и читается при помощи лазера с разной длинной волны, в зависимости от типа диска (780 нанометров для CD/650 нанометров для DVD и 405 нанометров для Blu-Ray).

Информация хранится при помощи питов – углублений и лэндов промежутков между этими углублениями.

Фабричные диски вроде Audio CD с вашими любимыми музыкальными группами, изготавливаются методом штамповки, и вся информация хранится в отражающем слое, никакого дополнительного информационного слоя там не используется.

Фабричные штампованные диски самые долговечные, а питы и лэнды выштампованы заранее на заводе.

Такой слой подвержен наименьшему разрушению, в отличие от однократно и тем более от многократно записываемых дисков.

Чтение информации происходит при помощи направления лазерного луча на информационный слой, а затем его отражения.

Когда лазерный луч попадает на питы (углубления) и на лэнды (промежутки) он меняет свою характеристику и попадает в специальную линзу.

Изменения в отражении лазера и трактуется как логические нули и единицы.

Однократно записываемые оптические диски CD и DVD в качестве информационного слоя используют так называемые органические красители (есть диски DVD-R которые используют неорганический слой).

Эти красители под действием лазера, при записи данных меняют свой цвет, что и изменяет параметры отражения света при наведении луча лазера, когда происходит чтение.

Например этот диск DVD+R я записал только вначале, поэтому органический краситель окрасился тонким кружком. Это отлично видно на фотографии.

К сожалению, органические красители могут быть недолговечны и более чувствительны к температурам, влажности, или к солнечному свету.

Если вы используете некачественные и «левые» болванки, то шанс разрушения органического слоя значительно повышается.

Многократно записываемые диски CD и DVD используют так называемые неорганические сплавы из хальгогенидов (например селенид индия (InSe) и многое другое).

Они, в отличие от органического красителя позволяют многократно записывать информацию благодаря тому, что лазер изменяет фазовую структуру материала (из аморфного в кристаллическую), что в итоге несёт за собой изменение параметров отражения лазерного луча при чтении.

Фазовое состояние можно менять многократно и получать многократную запись данных.

На перезаписываемом диске DVD+RW поверхность существенно отличается, от фотографии выше (он записан полностью).

В Blu-Ray дисках даже однократно записываемые диски BD-R стали основываться на неорганических слоях, в отличие от своих собратьев CD и DVD.

Правда есть более дешёвые диски BD-R на обычных органических красителях.

BD-RE также использует эффект фазового перехода, как и диски прошлого поколения.

Сколько же можно хранить информацию на оптическом диске?

Всё зависит от качества изготовления диска и типа записываемого слоя.

Одними из самых надёжных носителей является именно Blu-Ray (BD-R) поскольку неорганический слой более устойчив к внешним факторам окружающей среды (диски, выполненные на органических слоях, помечаются как LTH).

Данные могут хранится без повреждений от нескольких лет, до десятков лет (для архивных данных, разумеется, лучше писать на однократно записываемые диски).

Однако оптические диски могут предложить и больший срок хранения данных, как и лучшую стабильность качества самих «болванок».

Речь про так называемую технологию неорганического слоя M-DISC, разработанную компанией Millenniata.

Теоретический срок хранения данных может достигать десятки, сотни и даже тысячу лет (как раз тысячелетие и содержится в имени компании).

Может тысяча лет и сильно сказано, но с точки зрения физической структуры M-DISC действительно намного более долговечны и технологичны нежели их классические собраться.

Диски не используют каких-либо отражающих слоёв, что уже само по себе увеличивает механическую стойкость к царапинам и сколам материала.

Рабочий слой состоит из так называемого неорганического стеклоуглерода (более подробный состав является коммерческой тайной).

Материал крайне устойчив к изменениям окружающей среды и к воздействию химическими реактивами (например щёлочи).

Лазер выжигает питы на поверхности таких дисков, практически как на штампованных заводских, так что надёжность хранения действительно многократно увеличивается.

Такие архивные диски производит компания Verbatim, и они могут быть как DVD формата, так и Blu-Ray.

Разумеется, все они однократно записываемые, а для записи требуются специальные приводы с логотипом M-DISC (такие внешний приводы, например делает сама компания Verbatim).

Однако читать такие диски как правило могут любые приводы.

Как вы видите сейчас у меня в руках архивные диски M-DISC Blu-Ray (BD -XL), которые имеют три рабочих слоя, что даёт итоговую ёмкость диска в целых 100 Гб!

Такая упаковка из пяти дисков обойдётся примерно в тысяч 5 рублей.

Если вы хотите сохранить критически важные данные, то для этой цели отлично подойдут именно такие диски.

M-DISC стоит приобретать именно для архивного хранения нужных данных, впрочем, я думаю это и так понятно.

Поверхность диска существенно отличается от других оптических дисков.

Всё-таки кто бы что не говорил, а чем больше резервных копий, тем надёжнее хранится ваша информация.

Да и когда важная информация находится физически под вашей рукой тоже приятнее.

Чтобы подольше сохранить данные на оптических дисках, просто пишите на не очень большой скорости и храните диски в тёмном, сухом месте.

Если вы используете RW диски, то записывайте всё в одну сессию, это также позволит увеличит срок хранения данных (ну и поменьше читайте их).

Таким образом мы с вами выяснили, что нет каких-то универсальных решений и так сказать формул, показывающих сколько же будет хранится информация на том или ином носителе.

Тут уже в дело вступает множество различных факторов.

Однако в любом случае обесточенная флеш память не сможет хранить данные достаточно долго, в отличие от жёстких дисков, а оптическим накопителям вообще не нужно энергопитание.

А на чём вы храните свои данные, в том числе и архивные?

Мне будет очень интересно узнать, что предпочитаете именно вы.

Надеюсь, вам было полезно и интересно, если так-то пожалуйста поделитесь материалом со своими друзьями в социальных сетях.

Также не забывайте вступать в группу Вконтакте и подписываться на YouTube канал.

YouTube канал Обзоры гаджетов

Вконтакте: Обзоры компьютерного железа, программ и гаджетов

До встречи в следующих публикациях и роликах. Пока пока:)