How do hard drives work? - Kanawat Senanan

Translator: Maziar Jamshidi Reviewer: soheila Jafari

Imagine an airplane flying one millimeter above the ground

هواپیمایی را در نظر بگیرید که یک میلیمتر بالاتر از زمین پرواز می کند

and circling the Earth once every 25 seconds

و هر ۲۵ ثانیه یک بار دور زمین دور می زند

while counting every blade of grass.

در حالیکه ساقه‌‌های همه‌ علف‌ها را می شمارد.

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

اون را آنقدر کوچک کنید طوریکه در کف دستتان جا شود،

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

و شما چیزی معادل یک "هارد درایو" مدرن خواهید داشت،

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

شی که احتمالا اطلاعاتی بیشتر از کتابخانه محلیتان نگه می دارد.

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

خوب، چطور این همه اطلاعات رو در همچنین فضای کمی ذخیره می کند؟

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

در قلب هر هارد درایوی یک دسته دیسک های دوار وجود دارد

with a recording head flying over each surface.

که یک هِد ثبت کننده بالای هر صفحه پرواز می کند.

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

هر صفحه با یک فیلم از دانه های فلزی مغناطیسی میکروسکوپی پوشانده شده است،

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

و داده هایتان اون طوریکه بتوانید تشخیص دهید، آنجا زندگی نمی کند.

Instead, it is recorded as a magnetic pattern

در عوض، بصورت الگوهای مغناطیسی ثبت شده است

formed by groups of those tiny grains.

که با گروهی از آن دانه های ریز شکل گرفته است.

In each group, also known as a bit,

در هر گروه، که به یک بیت معروف است،

all of the grains have their magnetization's aligned

همه های دانه ها، مغناطیس خود را

in one of two possible states,

با یکی از دو حالت ممکن، هم سو کرده اند

which correspond to zeroes and ones.

که متناظر است با صفر ها و یک ها.

Data is written onto the disc

داده روی دیسک، با تبدیل کردن

by converting strings of bits into electrical current

رشته هایی از بیت ها به جریان الکتریکی که

fed through an electromagnet.

از میان میدان مغناطیسی رد شده است، نوشته می شود.

This magnet generates a field strong enough to change the direction

این مغناطیس میدانی را تولید می کند که قدرت کافی برای تغییر جهت

of the metal grain's magnetization.

مغناطیس دانه ها را دارد.

Once this information is written onto the disc,

وقتیکه این اطلاعات روی دیسک نوشته شد،

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

درایو یک خواننده مغناطیسی را بکار می گیرد تا آن را به صورت قابل استفاده برگرداند،

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

بیشتر مثل یک سوزن گرامافون که سوراخ های صفحه را به موسیقی ترجمه می کند.

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

ولی چطور می توانید، اینهمه اطلاعات را فقط از صفر ها و یک ها گرفت؟

Well, by putting lots of them together.

خوب، با گذاشتن کلی از اونها کنار یکدیگر.

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

برای مثال، یک حرف با یک بایت، یا هشت بیت، نمایش داده می شود

and your average photo takes up several megabytes,

و عکس متوسط شما تا چندین مگابایت می گیرد،

each of which is 8 million bits.

که هر کدام ۸ میلیون بیت هستند.

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

چونکه هر بیت باید روی یک سطح فیزیکی از دیسک نوشته شود.

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

ما همیشه دنبال آن هستیم که چگالی سطحی دیسک را،

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

یا اینکه چه تعداد بیت را می توان در یک اینچ مربع فشرده کرد، افزایش دهیم.

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

چگالی سطحی یک هارد درایو مدرن حدود ۶۰۰ گیگابیت بر اینچ مربع است،

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

۳۰۰ میلیون بار بزرگتر از اولین هارد درایور (آی.بی.ام) سال ۱۹۵۷.

This amazing advance in storage capacity

این پیشرفت فوق العاده در ظرفیت ذخیره سازی

wasn't just a matter of making everything smaller,

فقط قضیه کوچکتر کردن همه چیز نبوده،

but involved multiple innovations.

بلکه شامل چندین نوع آوری بوده است.

A technique called the thin film lithography process

تکنیکی که فرآیند چاپ فبلم نازک نامیده می شود

allowed engineers to shrink the reader and writer.

به مهندسین امکان داد تا خواننده و ثبت کننده را کوچک کنند.

And despite its size, the reader became more sensitive

و بر خلاف اندازه اش، خواننده حساس‌تر شد

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

با بهره گیری از اکتشافات جدید در خواص مغناطیس و کوانتوم مواد.

Bits could also be packed closer together thanks to mathematical algorithms

بیت ها همچنین توانستند نزدیکتر به هم، بسته بندی شوند، به لطف الگوریتم های ریاضی

that filter out noise from magnetic interference,

که نویز ناشی از تداخل مغناطیسی را فیلتر می کنند،

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

و محتمل ترین دنباله بیت های قرائت شده از هر دسته سیگنال را می یابد.

And thermal expansion control of the head,

و کنترل انبساط حرارتی هِد،

enabled by placing a heater under the magnetic writer,

که با قرار دادن یک هیتر زیر ثبات مغناطیسی میسر می شود،

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

بآن اجازه داد تا کمتر از ۵ نانومتر بالای سطح دیسک پرواز کند،

about the width of two strands of DNA.

حدود ضخامت دو رشته DNA.

For the past several decades,

برای چندین دهه گذشته،

the exponential growth in computer storage capacity and processing power

رشد نمایی در گنجایش ذخیره سازی و قدرت پردازش کامپیوتری

has followed a pattern known as Moore's Law,

الگویی را دنبال کرده است که به قانون (مور) معروف است،

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

که در سال ۱۹۵۷ پیش بینی کرد، چگالی اطلاعات هر دو سال یکبار دو برابر می شود.

But at around 100 gigabits per square inch,

ولی در حدود ۱۰۰ گیگابیت بر اینچ مربع،

shrinking the magnetic grains further or cramming them closer together

کوچکتر کردن اندازه دانه های مغناطیسی یا چپاندن آنها نزدیکتر به هم

posed a new risk called the superparamagnetic effect.

ریسکی را ایجاد می کند که به اثر ابر پارامغناطیس معروف است.

When a magnetic grain volume is too small,

وقتیکه حجم دانه مغناطیسی خیلی کوچک باشد،

its magnetization is easily disturbed by heat energy

مغناطش آن به آسانی توسط انرژی حرارتی مغشوش می شود

and can cause bits to switch unintentionally,

و سبب می شود که بیت ها ناخواسته تغییر جهت دهند،

leading to data loss.

که منجر به از دست دادن داده ها می شود.

Scientists resolved this limitation in a remarkably simple way:

دانشمندان این محدودیت را از یک راه فوق العاده ساده حل کردند:

by changing the direction of recording from longitudinal to perpendicular,

با تغییر راستای ثبت کردن از طولی به قائم،

allowing areal density to approach one terabit per square inch.

که اجازه می دهد چگالی سطحی تا یک ترابیت بر اینچ مربع برسد.

Recently, the potential limit has been increased yet again

اخیرا، این محدودیت بالقوه بیشتر هم افزایش یافته است

through heat assisted magnetic recording.

از طریق ثبت مغناطیسی به کمک گرما.

This uses an even more thermally stable recording medium,

این روش وسیله ای با پایداری حرارتی حتی بالاتر بکار می برد،

whose magnetic resistance is momentarily reduced

که مقاومت مغناطیسی آن بطور آنی کاهش می یابد

by heating up a particular spot with a laser

با گرم کردن یک نقطه خاص بوسیله لیزر

and allowing data to be written.

که اجازه می دهد تا داده ها نوشته شود.

And while those drives are currently in the prototype stage,

هرچند این درایوها هنوز در مرحله مدل هستند،

scientists already have the next potential trick up their sleeves:

دانشمندان حقه ی احتمالی بعدی را در آستین دارند:

bit-patterned media,

محیط نقش شده با بیت،

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

جائیکه موقعیت بیت ها در یک ساختار مجزا در ابعاد نانو چیده شده است،

potentially allowing for areal densities of twenty terabits per square inch

که بالقوه امکان چگالی سطحی بیست ترابایت در هر اینچ مربع

or more.

یا بیشتر را می دهد.

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

بنابراین به لطف تلاش مشترک نسل هایی از مهندسین،

material scientists,

دانشمندان مواد،

and quantum physicists

و فیزیک دانان کوانتوم است

that this tool of incredible power and precision

که این ابزار با توان و دقت خارق العاده

can spin in the palm of your hand.

می تواند در کف دست شما بچرخد.