How do hard drives work? - Kanawat Senanan

المترجم: Omar Aljubbah المدقّق: Samar Mohamed Alanazi

Imagine an airplane flying one millimeter above the ground

تخيل طائرة تطير بارتفاع واحد ميلي متر عن سطح الأرض

and circling the Earth once every 25 seconds

وتدور حول الكرة الارضية مرة كل 25 ثانية

while counting every blade of grass.

وهي تقوم بعدّ كل عشبة على الأرض.

Shrink all that down so that it fits in the palm of your hand,

قلص كل ذلك بحيث يصبح بحجم كف يدك،

and you'd have something equivalent to a modern hard drive,

وستملك شيئا مشابها لقرص صلب حديث ،

an object that can likely hold more information than your local library.

جهاز يمكنه امتلاك معلومات اكبر من معلومات مكتبتك الشخصية

So how does it store so much information in such a small space?

إذاً، كيف يخزن الكثير من المعلومات في مساحة صغيرة ؟

At the heart of every hard drive is a stack of high-speed spinning discs

في داخل كل قرص صلب هناك مجموعة من الأقراص سريعة الدوران

with a recording head flying over each surface.

مع رأس تسجيل فوق كل قرص .

Each disc is coated with a film of microscopic magnetised metal grains,

كل قرص مغطى بحبيبات مجهرية من المعدن الممغنط ،

and your data doesn't live there in a form you can recognize.

ومعلوماتك لاتوجد في القرص بشكل تستطيع ملاحظته،

Instead, it is recorded as a magnetic pattern

بل إنها مسجلة بأسلوب مغناطيسي

formed by groups of those tiny grains.

تُشكلها مجموعة من هذه الحبيبات الصغيرة

In each group, also known as a bit,

كل مجموعة تعرف باسم "بت" ،

all of the grains have their magnetization's aligned

كل الحبوب تملك حالة مغناطيسية

in one of two possible states,

وتمتلك حالة من حالتين ممكنتين ،

which correspond to zeroes and ones.

والتي تفسر إلى واحد أو صفر .

Data is written onto the disc

المعلومات تكتب على القرص

by converting strings of bits into electrical current

بتحويل سلسلة من البتات (مجموع بت) إلى تيارات كهربائية

fed through an electromagnet.

والتي تحول لحقل كهرومغناطيسي .

This magnet generates a field strong enough to change the direction

هذا الحقل قوي كفاية لتغير اتجاه

of the metal grain's magnetization.

حالة الحبيبة المغناطيسية .

Once this information is written onto the disc,

بمجرد أن يتم كتابة هذه المعلومة على القرص ،

the drive uses a magnetic reader to turn it back into a useful form,

القرص يملك قارئ مغناطيسي ليستطيع ارجاع الحالة المغناطيسية لشكل مفهوم،

much like a phonograph needle translates a record's grooves into music.

كما تقوم ابرة الفونوغراف بإخراج موسيقى من الاحتكاك بالقرص.

But how can you get so much information out of just zeroes and ones?

ولكن كيف يمكننا استخلاص معلومات كثيرة من مجرد واحدات واصفار ؟

Well, by putting lots of them together.

الجواب هو: بوضع سلسلة طويلة منهم.

For example, a letter is represented in one byte, or eight bits,

كمثال، فإن الحرف يمثل بثمانية بتات او مايسمى بايت،

and your average photo takes up several megabytes,

ومتوسط حجم صورتك هو بضعة ميغا بايت،

each of which is 8 million bits.

كل ميغابايت هو ثماني مليون بت.

Because each bit must be written onto a physical area of the disc,

ولأن كل بت يجب ان يكتب على مساحة فيزيائية على القرص

we're always seeking to increase the disc's areal density,

نحن نحاول دائما بتوسيع كثافة القرص.

or how many bits can be squeezed into one square inch.

أو زيادة عدد البتات التي نستطيع حشرها في إنش مربع.

The areal density of a modern hard drive is about 600 gigabits per square inch,

كثافة القرص الحديث هي 600 غيغا بت في الإنش الواحد،

300 million times greater than that of IBM's first hard drive from 1957.

أي أكبر بـ 300 مليون مرة من أول قرص انتجته شركة IBM في عام 1957.

This amazing advance in storage capacity

هذا التقدم المدهش في السعة

wasn't just a matter of making everything smaller,

لم يُنتج بعملية تصغير الاشياء فحسب

but involved multiple innovations.

بل بانتاج عدة اختراعات.

A technique called the thin film lithography process

تقنية تسمى "thin film lithography process"

allowed engineers to shrink the reader and writer.

تسمح للمهندسين بتصغير حجم القارئ والكاتب.

And despite its size, the reader became more sensitive

يغض النظر عن حجمه، فإن القارئ أصبح أكثر حساسية

by taking advantage of new discoveries in magnetic and quantum properties of matter.

وذلك بالاستفادة من الاكتشافات الجديدة في المغناطيسية وخصائص علم الكم .

Bits could also be packed closer together thanks to mathematical algorithms

والبتات استطاعت ان تخزن بشكل متقارب من بعضها بسبب الخوارزميات الرياضية

that filter out noise from magnetic interference,

والتي ترشح الضجيج الناتج من تداخل الحقول المغناطيسية

and find the most likely bit sequences from each chunk of read-back signal.

وأيجاد اكثر سلسلة بتات متكررة من كل شريحة معادة القراءة.

And thermal expansion control of the head,

والتحكم بالتمدد الحراري لرأس القارئ والكاتب،

enabled by placing a heater under the magnetic writer,

وذلك بوضع مسخن تحت الكاتب المغناطيسي،

allowed it to fly less than five nanometers above the disc's surface,

وذلك يسمح له بالتحليق فوق سطح القرص بارتفاع 5 نانوميتر

about the width of two strands of DNA.

وهو تقريباً عرض سلسلتان من الحمض النووي.

For the past several decades,

في العقود الماضية،

the exponential growth in computer storage capacity and processing power

معدل نمو المساحة وقدرة المعالجة الحاسوبية

has followed a pattern known as Moore's Law,

تبعت نمط يسمى بقانون موري.

which, in 1975, predicted that information density would double every two years.

والذي تنبأ في 1975، بإن كثافة المعلومات ستتضاعف كل سنتين.

But at around 100 gigabits per square inch,

ولكن بما يقارب 100 غيغا بت في الإنش

shrinking the magnetic grains further or cramming them closer together

بتقليص حجم الحبوب المغناطيسية او بجعلهم أقرب لبعضهم

posed a new risk called the superparamagnetic effect.

ظهرت مشكلة جديدة تسمى "superparamagnetic effect"

When a magnetic grain volume is too small,

عندما يكون حجم الحبة صغير جداً،

its magnetization is easily disturbed by heat energy

إن مغناطيستها تتشوه بسهولة عن طريق الطاقة الحرارية

and can cause bits to switch unintentionally,

وقد تسبب تغير قيمة البت بشكل غير مقصود.

leading to data loss.

والذي يسبب فقدان المعلومات.

Scientists resolved this limitation in a remarkably simple way:

الباحثون قامو بحل هذه المشكلة بطريقة بسيطة ملفتة للنظر :

by changing the direction of recording from longitudinal to perpendicular,

بتغير اتجاه التسجيل من شكل طولي إلى شكل عمودي،

allowing areal density to approach one terabit per square inch.

مما سمح بالوصول إلى كثافة واحد تيرا بت بالإنش المربع.

Recently, the potential limit has been increased yet again

ومؤخراً، ارتفع الحد مرة أخرى

through heat assisted magnetic recording.

وذلك من خلال التحكم الحراري بالتسجيل المغناطيسي.

This uses an even more thermally stable recording medium,

مما يجعل التسجيل أكثر استقراراً

whose magnetic resistance is momentarily reduced

حيث أن المقاومة المغناطيسة قد انخفضت

by heating up a particular spot with a laser

وذلك بتسخين البقعة المراد التخزين فيها بليزر

and allowing data to be written.

والسماح للمعلومات بأن تكتب.

And while those drives are currently in the prototype stage,

وطالما أن هذه الاقراص مازالت في مرحلة التجربة،

scientists already have the next potential trick up their sleeves:

الباحثون لديهم خطوة اضافية متوفرة بين يديهم:

bit-patterned media,

البتات المنقوشة

where bit locations are arranged in separate, nano-sized structures,

حيث يتم ترتيب المواقع في هياكل نانونية البنية،

potentially allowing for areal densities of twenty terabits per square inch

والذي يسمح بكثافة حول عشرين تيرابت في الإنش المربع

or more.

أو أكثر.

So it's thanks to the combined efforts of generations of engineers,

إذاً، الشكر لجهود المهندسين المتراكمة عبر العقود،

material scientists,

علماء المواد،

and quantum physicists

وفيزيائين الكم

that this tool of incredible power and precision

على هذه الأداة المدهشة القوة والدقة

can spin in the palm of your hand.

التي يمكن ان تعمل وتدور في راحة كفك.