How do hard drives work? - Kanawat Senanan

Jak działa dysk twardy? - Kanawat Senanan

Tłumaczenie: Daniel Drozdzal Korekta: Ola Królikowska

Imagine an airplane flying one millimeter above the ground

Wyobraźmy sobie samolot, który leci milimetr nad powierzchnią

and circling the Earth once every 25 seconds

i okrąża Ziemię raz na 25 sekund,

while counting every blade of grass.

licząc każde źdźbło trawy.

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

Gdy pomniejszymy to wszystko tak, by zmieściło się w ludzkiej dłoni,

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

otrzymamy coś przypominającego współczesny dysk twardy.

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

Przedmiot mieszczący więcej informacji niż miejska biblioteka.

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

Jak to możliwe?

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

Sercem każdego dysku twardego są bardzo szybko obracające się płyty.

with a recording head flying over each surface.

Nad każdą z nich umieszczona jest głowica zapisująca.

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

Płyty powleka folia mikroskopijnych ziaren z namagnesowanego metalu.

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

Dane występują tam w nierozpoznawalnej dla nas formie.

Instead, it is recorded as a magnetic pattern

Zapisane są pod postacią magnetycznego wzoru,

formed by groups of those tiny grains.

który tworzą mikroskopijne ziarna.

In each group, also known as a bit,

W każdym układzie znanym jako bit

all of the grains have their magnetization's aligned

ziarna są namagnesowane w jednym z dwóch kierunków.

in one of two possible states,

which correspond to zeroes and ones.

Każdy z nich odpowiada zeru lub jedynce.

Data is written onto the disc

Dane są zapisywane na dysku

by converting strings of bits into electrical current

przez zamianę ciągów bitów w wiązki elektryczne

fed through an electromagnet.

przechodzące przez elektromagnes.

This magnet generates a field strong enough to change the direction

Magnes wytwarza na tyle silne pole, że może zmieniać kierunek

of the metal grain's magnetization.

namagnesowania metalowych ziaren.

Once this information is written onto the disc,

Gdy informacja zostaje zapisana na płycie,

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

dysk używa czytnika magnetycznego, by nadać jej rozpoznawalną postać.

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

Tak jak igła gramofonowa odczytuje rowki jako muzykę.

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

Skąd aż tyle informacji z samych zer i jedynek?

Well, by putting lots of them together.

Dzieje się tak poprzez ich łączenie.

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

Litera przedstawiana jest za pomocą jednego bajta, czyli 8 bitów.

and your average photo takes up several megabytes,

Zdjęcie składa się z kilku megabajtów.

each of which is 8 million bits.

Każdy megabajt to 8 milionów bitów.

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

Każdy bit musi zostać fizycznie zapisany na płycie,

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

więc próbuje się powiększać gęstość zapisu płyt

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

albo zwiększać liczbę bitów na centymetr kwadratowy.

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

Gęstość zapisu na dysku twardym

to około 100 gigabitów na centymetr kwadratowy.

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

300 milionów razy więcej niż miał pierwszy dysk IBM z 1957 roku.

This amazing advance in storage capacity

Ten niesamowity postęp w pojemności dysków

wasn't just a matter of making everything smaller,

nie wziął się z samej idei pomniejszania wszystkiego,

but involved multiple innovations.

a z licznych innowacji.

A technique called the thin film lithography process

Technologia cienkowarstwowa pozwoliła inżynierom zmniejszyć

allowed engineers to shrink the reader and writer.

głowicę zapisująco-odczytującą.

And despite its size, the reader became more sensitive

Niezależnie od wielkości głowice stały się bardziej czułe

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

dzięki odkryciom w dziedzinie magnetycznych i kwantowych cech materii.

Bits could also be packed closer together thanks to mathematical algorithms

W zagęszczaniu bitów pomogły matematyczne algorytmy,

that filter out noise from magnetic interference,

które odfiltrowują magnetyczne zakłócenia,

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

wyszukując najbardziej pasujące sekwencje bitów w trakcie przesyłu danych.

And thermal expansion control of the head,

Zastosowanie ogrzewacza głowicy

enabled by placing a heater under the magnetic writer,

umożliwiło kontrolę jej rozszerzalności cieplnej.

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

Pozwoliło to unosić się głowicy nad płytą w odległości poniżej pięciu nanometrów,

about the width of two strands of DNA.

czyli takiej jak między dwiema nićmi DNA.

For the past several decades,

Przez kilka ostatnich dekad

the exponential growth in computer storage capacity and processing power

przyrost pojemności i mocy obliczeniowej komputerów w wykładniczym tempie

has followed a pattern known as Moore's Law,

następował zgodnie z prawem Moore'a, który w 1975 przewidywał,

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

że gęstość informacji będzie podwajać się co 2 lata.

But at around 100 gigabits per square inch,

Przy około 15 gigabitach na centymetr kwadratowy

shrinking the magnetic grains further or cramming them closer together

dalsze pomniejszanie lub upychanie ziaren magnetycznych

posed a new risk called the superparamagnetic effect.

groziło wystąpieniem efektu superparamagnetycznego.

When a magnetic grain volume is too small,

Kiedy objętość ziarna magnetycznego jest zbyt mała,

its magnetization is easily disturbed by heat energy

łatwo się ono rozmagnesowuje pod wpływem energii cieplnej.

and can cause bits to switch unintentionally,

Bity zaczynają samoistnie zmieniać kierunek,

leading to data loss.

co prowadzi do utraty danych.

Scientists resolved this limitation in a remarkably simple way:

Naukowcy łatwo pokonali to ograniczenie,

by changing the direction of recording from longitudinal to perpendicular,

zmieniając kierunek zapisu z podłużnego na prostopadły.

allowing areal density to approach one terabit per square inch.

Umożliwiło to powiększenie gęstości zapisu do 150 gigabitów na centymetr kwadratowy.

Recently, the potential limit has been increased yet again

Ostatnio granica znów została przekroczona

through heat assisted magnetic recording.

dzięki wspomaganemu termicznie zapisowi magnetycznemu,

This uses an even more thermally stable recording medium,

który wykorzystuje nośniki bardziej odporne na zmiany temperatury.

whose magnetic resistance is momentarily reduced

Opór magnetyczny zostaje natychmiast zmniejszony

by heating up a particular spot with a laser

przez podgrzanie danego miejsca laserem,

and allowing data to be written.

co umożliwia zapis danych.

And while those drives are currently in the prototype stage,

Choć dyski tego typu są obecnie w fazie prototypu,

scientists already have the next potential trick up their sleeves:

naukowcy mają już kolejnego asa w rękawie.

bit-patterned media,

To nośniki o bitowej strukturze,

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

na których bity zajmują wydzielone nanoregiony.

potentially allowing for areal densities of twenty terabits per square inch

Zagęszczenie wyniosłoby wtedy 3 terabity na centymetr kwadratowy

or more.

lub więcej.

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

Wspólny wysiłek całych pokoleń inżynierów,

material scientists,

badaczy materiału

and quantum physicists

i fizyków kwantowych

that this tool of incredible power and precision

sprawił, że to urządzenie o niezwykłej mocy i precyzji

can spin in the palm of your hand.

mieści się w ludzkiej dłoni.