How do hard drives work? - Kanawat Senanan

Μετάφραση: Konstantinos Vlachopoulos Επιμέλεια: Lucas Kaimaras

Imagine an airplane flying one millimeter above the ground

Φανταστείτε ένα αεροπλάνο το οποίο πετάει ένα χιλιοστό πάνω από το έδαφος

and circling the Earth once every 25 seconds

και κάνει κύκλους γύρω από τη γη μία φορά κάθε 25 δευτερόλεπτα

while counting every blade of grass.

καθώς μετράει την κάθε λεπτομέρεια.

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

Μαζέψτε το όλο αυτό έτσι ώστε να χωράει στην παλάμη του χεριού σας,

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

και θα έχετε κάτι παρόμοιο με έναν σημερινό σκληρό δίσκο,

κάτι το οποίο πιθανώς μπορεί να χωρέσει

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

περισσότερες πληροφορίες από την τοπική σας βιβλιοθήκη.

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

Πώς όμως αποθηκεύει τόσες πολλές πληροφορίες σε τόσο λίγο χώρο;

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

Στην καρδιά κάθε σκληρού δίσκου υπάρχει μια στοίβα γρήγορα στροβιλιζόμενων δίσκων

με μια κεφαλή εγγραφής η οποία αιωρείται πάνω από κάθε δίσκο.

with a recording head flying over each surface.

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

Κάθε δίσκος έχει καλυφθεί με μια μεμβράνη

μικροσκοπικών μαγνητισμένων κόκκων μετάλλου,

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

και τα δεδομένα σας δεν ζουν εκεί πέρα με μια μορφή αναγνωρίσιμη από εσάς.

Instead, it is recorded as a magnetic pattern

Αντιθέτως, αποθηκεύονται σαν ένα μαγνητικό μοτίβο

formed by groups of those tiny grains.

σχηματισμένο από ομάδες εκείνων των μικρών κόκκων.

In each group, also known as a bit,

Σε κάθε ομάδα, γνωστή ως δυαδικό ψηφίο ή μπιτ,

all of the grains have their magnetization's aligned

όλοι οι κόκκοι έχουν τους μαγνητισμούς τους ευθυγραμμισμένους

in one of two possible states,

σε δύο πιθανά στάδια,

which correspond to zeroes and ones.

τα οποία αντιστοιχούν σε μηδέν και ένα.

Data is written onto the disc

Τα δεδομένα γράφονται πάνω στον δίσκο

by converting strings of bits into electrical current

μετατρέποντας ακολουθίες δυαδικών ψηφίων σε ηλεκτρικό ρεύμα

fed through an electromagnet.

το οποίο τροφοδοτείται μέσω ενός ηλεκτρομαγνήτη.

This magnet generates a field strong enough to change the direction

Αυτός ο μαγνήτης παράγει ένα πεδίο αρκετά δυνατό ώστε να αλλάξει τη φορά

of the metal grain's magnetization.

του μαγνητισμού των μεταλλικών κόκκων.

Once this information is written onto the disc,

Όταν οι πληροφορίες έχουν γραφτεί στον δίσκο,

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

η μονάδα χρησιμοποιεί ένα μαγνητικό αναγνώστη

ώστε να τις επαναφέρει σε χρησιμοποιήσιμη μορφή,

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

σαν τη βελόνα ενός φωνογράφου

που μεταφράζει τα αυλάκια ενός δίσκου σε μουσική.

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

Αλλά πώς γίνεται να πάρεις τόσες πολλές πληροφορίες από μηδενικά και άσους;

Well, by putting lots of them together.

Βάζοντας πολλά μαζί.

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

Για παράδειγμα, ένα γράμμα αναπαριστάται με ένα μπάιτ ή οχτώ μπιτ,

and your average photo takes up several megabytes,

και η συνηθισμένη φωτογραφία καταλαμβάνει αρκετά μεγκαμπάιτ,

each of which is 8 million bits.

η κάθε μία από τις οποίες ισούται με 8 εκατομμύρια μπιτ.

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

Επειδή κάθε μπιτ πρέπει να γραφτεί πάνω σε μια περιοχή του δίσκου,

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

πάντα προσπαθούμε να αυξήσουμε την επιφανειακή πυκνότητα του δίσκου,

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

ή πόσα μπιτ μπορούν να χωρέσουν σε μία τετραγωνική ίντσα.

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

Η επιφανειακή πυκνότητα ενός μοντέρνου σκληρού δίσκου

είναι περίπου 600 γκίγκαμπιτ ανά τετραγωνική ίντσα,

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

300 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον πρώτο σκληρό δίσκο της IBM το 1957.

This amazing advance in storage capacity

Αυτή η καταπληκτική πρόοδος στον αποθηκευτικό χώρο

wasn't just a matter of making everything smaller,

δεν ήταν απλά ένα θέμα του να φτιάξουμε τα πάντα μικρότερα,

but involved multiple innovations.

αλλά περιλάμβανε πολλές καινοτομίες.

A technique called the thin film lithography process

Μία τεχνική η οποία ονομάζεται διαδικασία λιθογραφίας λεπτής μεμβράνης

allowed engineers to shrink the reader and writer.

έδωσε στους μηχανικούς τη δυνατότητα σμίκρυνσης του αναγνώστη και του εγγραφέα.

And despite its size, the reader became more sensitive

Και παρά το μέγεθος του, ο αναγνώστης έγινε πιο ευαίσθητος

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

εκμεταλλευόμενος νέες εφευρέσεις

στις μαγνητικές και κβαντικές ιδιότητες της ύλης.

Bits could also be packed closer together thanks to mathematical algorithms

Επίσης τα μπιτ

μπορούσαν να συμπιεστούν χάρις σε μαθηματικούς αλγόριθμους

that filter out noise from magnetic interference,

που φιλτράρουν τον θόρυβο από τις μαγνητικές παρεμβολές

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

και βρίσκουν την πιο πιθανή ακολουθία μπιτ

για κάθε τμήμα που αναγιγνώσκεται.

And thermal expansion control of the head,

Και ο έλεγχος της θερμικής διαστολής της κεφαλής,

enabled by placing a heater under the magnetic writer,

ο οποίος επιτυγχάνεται με ένα θερμαντήρα κάτω από τον μαγνητικό εγγραφέα,

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

του επέτρεψε να αιωρείται

λιγότερο από 5 νανομέτρα πάνω από την επιφάνεια του δίσκου,

about the width of two strands of DNA.

που είναι ίσο με το πλάτος δύο ελίκων DNA.

For the past several decades,

Τις τελευταίες δεκαετίες,

the exponential growth in computer storage capacity and processing power

η εκθετική ανάπτυξη στον αποθηκευτικό χώρο και στην υπολογιστική δύναμη

has followed a pattern known as Moore's Law,

έχει ακολουθήσει το πρότυπο γνωστό ως νόμος του Μουρ,

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

το οποίο, το 1975, προέβλεψε ότι

η πυκνότητα της πληροφορίας θα διπλασιαζόταν κάθε δύο χρόνια.

But at around 100 gigabits per square inch,

Αλλά περίπου στα 100 γκίγκαμπιτ ανά τετραγωνική ίντσα,

shrinking the magnetic grains further or cramming them closer together

η περαιτέρω συρρίκνωση των μαγνητικών κόκκων

ή η τοποθέτηση τους σε μικρότερες αποστάσεις

posed a new risk called the superparamagnetic effect.

έθεσε ένα νέο κίνδυνο

ο οποίος ονομάζεται το υπερπαραμαγνητικό φαινόμενο.

When a magnetic grain volume is too small,

Όταν ο όγκος του μαγνητικού κόκκου είναι πολύ μικρός,

its magnetization is easily disturbed by heat energy

η μαγνήτισή του εύκολα διαταράσσεται από θερμική ενέργεια

and can cause bits to switch unintentionally,

και μπορεί να προκαλέσει την αλλαγή των μπιτ χωρίς την θέληση τους,

leading to data loss.

κάτι που οδηγεί σε απώλεια δεδομένων.

Scientists resolved this limitation in a remarkably simple way:

Οι επιστήμονες ξεπέρασαν αυτόν τον περιορισμό

με έναν αξιοσημείωτα απλό τρόπο:

by changing the direction of recording from longitudinal to perpendicular,

αλλάζοντας την κατεύθυνση της εγγραφής από οριζόντια σε κάθετη,

allowing areal density to approach one terabit per square inch.

θέτοντας το όριο της χωρικής πυκνότητας σε ένα τέραμπιτ ανά τετραγωνική ίντσα.

Πρόσφατα, το δυνατόν όριο έχει αυξηθεί για μία ακόμα φορά

Recently, the potential limit has been increased yet again

through heat assisted magnetic recording.

μέσου της μαγνητικής εγγραφής με τη βοήθεια θερμότητας.

This uses an even more thermally stable recording medium,

Αυτή χρησιμοποιεί ένα ακόμη πιο θερμικά σταθερό μέσο εγγραφής,

whose magnetic resistance is momentarily reduced

του οποίου η μαγνητική αντίσταση στιγμιαία μειώνεται

by heating up a particular spot with a laser

θερμαίνοντας ένα συγκεκριμένο σημείο με ένα λέιζερ

and allowing data to be written.

δίνοντας τη δυνατότητα εγγραφής των δεδομένων.

And while those drives are currently in the prototype stage,

Και ενώ αυτοί οι δίσκοι βρίσκονται ακόμη σε πρώιμο στάδιο,

scientists already have the next potential trick up their sleeves:

οι επιστήμονες ήδη έχουν το επόμενο τέχνασμα στο μανίκι τους:

bit-patterned media,

πολυμέσα διαμορφωμένα με μπιτ

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

όπου τα μπιτ είναι τοποθετημένα σε ξεχωριστές, νανο-μεγέθους κατασκευές,

potentially allowing for areal densities of twenty terabits per square inch

πιθανώς δίνοντας τη δυνατότητα

για χωρικές πυκνότητες είκοσι τέραμπιτ ανά τετραγωνική ίντσα

or more.

ή και περισσότερο.

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

Έτσι, χάρις στις συνδυασμένες προσπάθειες γενεών μηχανικών,

material scientists,

υλικών επιστημόνων

and quantum physicists

και κβαντικών φυσικών

that this tool of incredible power and precision

αυτό το εργαλείο απίστευτης δύναμης και ακρίβειας

can spin in the palm of your hand.

μπορεί να στροβιλίζει στην παλάμη του χεριού σας.