Как работает жесткий диск?

Как он хранит столько информации в таком маленьком пространстве?

В основе каждого жесткого диска лежит стопка высокоскоростных вращающихся дисков с записывающей головкой, парящей над каждой поверхностью.

Каждый диск покрыт пленкой микроскопических частиц намагниченного металла, и ваши данные не живут там в форме, которую вы можете распознать. Вместо этого он записывается как магнитный узор, образованный группами этих крошечных зерен.

В каждой группе, также известной как бит, намагниченность всех зерен выровнена в одном из двух возможных состояний, соответствующих нулям и единицам.

Данные записываются на диск путем преобразования строки битов в электрический ток, подаваемый через электромагнит. Этот магнит создает достаточно сильное поле, чтобы изменить направление намагниченности металлического зерна. После того, как эта информация записана на диск, дисковод использует магнитный считыватель, чтобы вернуть ее в полезную форму, подобно тому, как игла фонографа переводит канавки пластинки в музыку.

Как можно получить столько информации из нулей и единиц?

Ну, если собрать их вместе. Например, буква представлена одним байтом или восемью битами, а ваша средняя фотография занимает несколько мегабайт, каждый из которых составляет 8 миллионов бит. Поскольку каждый бит должен быть записан в физическую область диска, мы всегда стремимся увеличить плотность записи на диске или количество битов, которые можно втиснуть в один квадратный дюйм.

Плотность современного жесткого диска составляет около 600 гигабит на квадратный дюйм, что в 300 миллионов раз больше, чем у первого жесткого диска IBM, выпущенного в 1957 году. инновации.

Техника, называемая тонкопленочной литографией, позволила инженерам уменьшить размеры считывающего и записывающего устройств. И, несмотря на его размер, читатель стал более чутким, воспользовавшись новыми открытиями в области магнитных и квантовых свойств материи.

Биты также могут быть упакованы ближе друг к другу благодаря математическим алгоритмам, которые отфильтровывают шум от магнитных помех и находят наиболее вероятные последовательности битов из каждого фрагмента считываемого сигнала.

А контроль теплового расширения головки, обеспечиваемый размещением нагревателя под магнитным пишущим устройством, позволял ей летать менее чем в пяти нанометрах над поверхностью диска, что примерно равно ширине двух нитей ДНК.

Увеличение емкости хранилища

За последние несколько десятилетий экспоненциальный рост объема компьютерной памяти и вычислительной мощности следовал схеме, известной как закон Мура, который в 1975 году предсказывал, что плотность информации будет удваиваться каждые два года.

Но при скорости около 100 гигабит на квадратный дюйм дальнейшее сжатие магнитных частиц или сжатие их ближе друг к другу создавало новый риск, называемый суперпарамагнитным эффектом.

Когда объем магнитных частиц слишком мал, его намагниченность легко нарушается тепловой энергией, что может привести к непреднамеренному переключению битов, что приведет к потере данных.

Ученые разрешили это ограничение удивительно простым способом: изменив направление записи с продольного на перпендикулярное, позволив воздушной плотности приблизиться к одному терабиту на квадратный дюйм.

Потенциальный предел был недавно увеличен еще раз благодаря магнитной записи с нагреванием. При этом используется еще более термически стабильный носитель записи, магнитное сопротивление которого на мгновение уменьшается за счет нагрева определенного места лазером и позволяет записывать данные.

И хотя эти приводы в настоящее время находятся на стадии прототипа, у ученых уже есть в рукаве следующий потенциальный трюк. Это носитель с битовым паттерном, в котором битовые ячейки располагаются отдельно. Благодаря наноразмерным структурам потенциально возможна плотность воздуха в двадцать терабит на квадратный дюйм и более.

Благодаря совместным усилиям поколений инженеров, материаловедов и квантовых физиков этот инструмент невероятной мощности и точности может вращаться у вас на ладони.