How do hard drives work? - Kanawat Senanan

Tradutor: Ricardo Hoffmann Revisor: Ruy Lopes Pereira

Imagine an airplane flying one millimeter above the ground

Imagine um avião voando a um milímetro acima do solo

and circling the Earth once every 25 seconds

e dando uma volta em torno da Terra a cada 25 segundos

while counting every blade of grass.

e ainda contando cada folha de grama presente no solo.

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

Reduza tudo isso até que caiba na palma da sua mão,

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

e você teria algo equivalente a um disco rígido moderno,

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

que pode armazenar mais informação do que a biblioteca de sua cidade.

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

Como é que ele armazena tanta informação em um espaço tão pequeno?

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

Em cada disco rígido existe uma pilha de discos girando em alta velocidade

with a recording head flying over each surface.

enquanto uma cabeça de gravação sobrevoa cada superfície da pilha.

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

Cada disco é revestido por uma película com minúsculos grãos de metal magnetizado,

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

e seus dados não estão ali em uma forma que você possa reconhecer.

Instead, it is recorded as a magnetic pattern

Eles são gravados como um padrão magnético

formed by groups of those tiny grains.

formado por grupos desses pequenos grãos.

In each group, also known as a bit,

Em cada grupo, também conhecido por bit,

all of the grains have their magnetization's aligned

todos os grãos são alinhados magneticamente

in one of two possible states,

em um estado, dentre dois possíveis,

which correspond to zeroes and ones.

que correspondem aos dígitos zero e um.

Data is written onto the disc

Os dados são gravados no disco

by converting strings of bits into electrical current

através da conversão de sequências de bits em corrente elétrica

fed through an electromagnet.

alimentada através de um eletroímã.

This magnet generates a field strong enough to change the direction

Este ímã gera um campo que é forte o suficiente para mudar a direção

of the metal grain's magnetization.

de magnetização do grão do metal.

Once this information is written onto the disc,

Uma vez que esta informação é escrita no disco,

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

o dispositivo usa um leitor magnético

para converter os bits em algo compreensível,

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

semelhante a como a agulha do fonógrafo traduz em música os sulcos de um vinil.

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

Mas como você pode obter tanta informação de apenas zeros e uns?

Well, by putting lots of them together.

Bem, colocando muitos deles juntos.

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

Por exemplo, uma letra é representada em um byte ou oito bits,

and your average photo takes up several megabytes,

e cada foto sua possui, em média, vários megabytes,

each of which is 8 million bits.

que é o equivalente a 8 milhões de bits.

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

Como cada bit deve ser escrito em uma área física do disco,

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

estamos sempre buscando aumentar a densidade de área do disco,

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

ou quantos bits podem ser espremidos em uma polegada quadrada do disco.

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

A densidade de área de um disco hoje é de 600 gigabits por polegada quadrada,

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

300 milhões de vezes maior do que aquela do primeiro disco rígido da IBM de 1957.

This amazing advance in storage capacity

Este avanço incrível na capacidade de armazenamento

wasn't just a matter of making everything smaller,

não se deu apenas através da miniaturização dos componentes,

but involved multiple innovations.

mas envolveu múltiplas inovações.

A technique called the thin film lithography process

Uma técnica chamada processo de litografia de película fina

allowed engineers to shrink the reader and writer.

permitiu que engenheiros compactassem a leitura e a escrita.

And despite its size, the reader became more sensitive

E apesar de pequeno, o leitor tornou-se mais sensível

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

aproveitando-se de novas descobertas

de propriedades magnéticas e quânticas da matéria.

Foi possível agrupar ainda mais os bits graças a algoritmos matemáticos,

Bits could also be packed closer together thanks to mathematical algorithms

that filter out noise from magnetic interference,

que filtram o ruído da interferência magnética

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

e encontram as sequências de bits mais prováveis a cada leitura de bloco.

And thermal expansion control of the head,

E o controle da expansão térmica da cabeça de gravação,

enabled by placing a heater under the magnetic writer,

habilitado por um aquecedor sob o gravador magnético,

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

permite que ela deslize à distância de menos de cinco nanômetros

acima da superfície do disco,

about the width of two strands of DNA.

o que equivale a largura de duas fitas de DNA.

For the past several decades,

Nas últimas décadas,

the exponential growth in computer storage capacity and processing power

o aumento exponencial da capacidade de armazenamento

e do poder de processamento

has followed a pattern known as Moore's Law,

seguiu um padrão conhecido como a Lei de Moore,

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

que, em 1975, previu que a densidade de informação dobraria a cada dois anos.

But at around 100 gigabits per square inch,

Mas no limite de 100 gigabits por polegada quadrada,

shrinking the magnetic grains further or cramming them closer together

onde os grãos magnéticos estão tão pequenos e espremidos,

posed a new risk called the superparamagnetic effect.

surge um novo problema, chamado efeito superparamagnético.

When a magnetic grain volume is too small,

Quando o volume de um grão magnético é muito pequeno,

its magnetization is easily disturbed by heat energy

sua magnetização é facilmente alterada pela energia térmica

and can cause bits to switch unintentionally,

e pode fazer com que os bits mudem seus estados,

leading to data loss.

levando à perda de dados.

Scientists resolved this limitation in a remarkably simple way:

Os cientistas resolveram esta limitação de uma forma extremamente simples:

by changing the direction of recording from longitudinal to perpendicular,

alterando a direção da gravação, de longitudinal para perpendicular,

allowing areal density to approach one terabit per square inch.

permitindo que a densidade por área seja de um terabit por polegada quadrada.

Recently, the potential limit has been increased yet again

Recentemente, esse limite foi ultrapassado mais uma vez

through heat assisted magnetic recording.

por meio da gravação magnética com a ajuda do calor.

This uses an even more thermally stable recording medium,

Este método utiliza um meio de gravação termicamente estável,

whose magnetic resistance is momentarily reduced

cuja resistência magnética é momentaneamente reduzida,

by heating up a particular spot with a laser

aquecendo-se um ponto específico com um laser

and allowing data to be written.

e permitindo que os dados sejam gravados.

And while those drives are currently in the prototype stage,

E enquanto esses discos ainda estão em fase de testes,

scientists already have the next potential trick up their sleeves:

cientistas já têm na cartola o próximo truque:

bit-patterned media,

´"bit-patterned media",

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

onde os bits ficam localizados em estruturas nanométricas separadas,

potentially allowing for areal densities of twenty terabits per square inch

permitindo uma densidade de área

na faixa de vinte terabits por polegada quadrada ou mais.

or more.

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

Então, graças aos esforços combinados de gerações de engenheiros,

material scientists,

cientistas de materiais

and quantum physicists

e físicos quânticos,

that this tool of incredible power and precision

é que esta ferramenta precisa e de poder incrível

can spin in the palm of your hand.

pode girar na palma da sua mão.