How do hard drives work? - Kanawat Senanan

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Mafalda Ferreira

Imagine an airplane flying one millimeter above the ground

Imaginem um avião a voar a um milímetro acima do solo

and circling the Earth once every 25 seconds

e a dar a volta à Terra de 25 em 25 segundos

while counting every blade of grass.

enquanto conta todas as ervinhas.

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

Encolham isso tudo de modo a caber na palma da mão

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

e terão uma coisa equivalente a um disco duro moderno,

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

um objeto que pode armazenar mais informações do que uma biblioteca.

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

Então, como é que é possível guardar tantas informações

num espaço tão pequeno?

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

No núcleo de um disco duro

há uma pilha de discos giratórios de alta velocidade

with a recording head flying over each surface.

com uma cabeça de gravação que voa sobre cada superfície.

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

Cada disco está revestido de uma película

de microscópicos grãos de metal magnetizado,

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

mas os dados não estão ali numa forma que possamos reconhecer.

Instead, it is recorded as a magnetic pattern

Em vez disso, estão armazenados como um padrão magnético

formed by groups of those tiny grains.

formado por grupos desses grãos minúsculos.

In each group, also known as a bit,

Em cada grupo, conhecido por um "bit",

all of the grains have their magnetization's aligned

todos os grãos têm a magnetização

alinhada num de dois estados possíveis

in one of two possible states,

which correspond to zeroes and ones.

que correspondem a zeros e uns.

Data is written onto the disc

Os dados são escritos no disco

by converting strings of bits into electrical current

pela conversão de cadeias de "bits"` em corrente elétrica

fed through an electromagnet.

alimentada por um eletroíman.

This magnet generates a field strong enough to change the direction

Este íman gera um campo suficientemente forte

para alterar a direção da magnetização dos grãos de metal.

of the metal grain's magnetization.

Once this information is written onto the disc,

Depois de estas informações estarem escritas no disco,

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

a unidade usa um leitor magnético para a transformar numa forma útil,

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

tal como a agulha de um fonógrafo traduz em música as estrias gravadas.

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

Mas como conseguimos tantas informações a partir de zeros e uns?

Well, by putting lots of them together.

Juntando-os em grande quantidade.

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

Por exemplo, uma letra é representada por um "byte", ou seja, oito "bits"

and your average photo takes up several megabytes,

e uma foto comum têm vários "megabytes",

each of which is 8 million bits.

cada um dos quais tem oito milhões de "bits".

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

Como cada "bit" tem de ser escrito na área física do disco,

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

estamos sempre a tentar aumentar a densidade da área do disco

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

ou seja, quantos "bits" podem ser encaixados num centímetro quadrado.

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

A densidade da área de um disco duro moderno

é de cerca de 100 "gigabits" por centímetro quadrado,

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

ou seja, 300 milhões de vezes maior

do que o primeiro disco duro da IBM, em 1957.

This amazing advance in storage capacity

Este progresso espantoso da capacidade de armazenagem

wasn't just a matter of making everything smaller,

não é apenas uma questão de tornar tudo mais pequeno

but involved multiple innovations.

mas envolveu imensas inovações.

A technique called the thin film lithography process

Uma técnica chamada processo litográfico de película delgada

allowed engineers to shrink the reader and writer.

permitiu que os engenheiros reduzissem o leitor e o gravador.

And despite its size, the reader became more sensitive

Apesar da sua dimensão, o leitor tornou-se mais sensível

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

tirando partido de novas descobertas

nas propriedades magnéticas e quânticas da matéria.

Bits could also be packed closer together thanks to mathematical algorithms

Também se podem compactar os "bits", graças a algoritmos matemáticos

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 encontrar as sequências de "bits" mais prováveis de cada sinal de leitura.

And thermal expansion control of the head,

O controlo da expansão térmica da cabeça

enabled by placing a heater under the magnetic writer,

foi possível colocando um aquecedor sob o gravador magnético,

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

permitindo voar a menos de 5 nanómetros sobre a superfície do disco,

about the width of two strands of DNA.

ou seja, a largura de duas cadeias de ADN.

For the past several decades,

Nas últimas décadas,

the exponential growth in computer storage capacity and processing power

o crescimento exponencial na capacidade de armazenagem

e de processamento de um computador

has followed a pattern known as Moore's Law,

seguiu um padrão, conhecido por Lei de Moore

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

que, em 1975, previu que a densidade de informações

duplicaria de dois em dois anos.

But at around 100 gigabits per square inch,

Mas com cerca de 17 "gigabits" por centímetro quadrado,

shrinking the magnetic grains further or cramming them closer together

reduzir mais os grãos magnéticos ou compactá-los mais

posed a new risk called the superparamagnetic effect.

colocava um novo risco, chamado efeito super paramagnético.

When a magnetic grain volume is too small,

Quando o volume de um grão magnético é demasiado pequeno,

its magnetization is easily disturbed by heat energy

a sua magnetização é facilmente prejudicada pela energia calorífica

and can cause bits to switch unintentionally,

e pode fazer com que os "bits" se misturem intencionalmente,

leading to data loss.

levando à perda de dados.

Scientists resolved this limitation in a remarkably simple way:

Os cientistas resolveram este problema de uma forma muito simples:

by changing the direction of recording from longitudinal to perpendicular,

alterando a direção da gravação da forma longitudinal para perpendicular,

allowing areal density to approach one terabit per square inch.

permitindo que a densidade da área se aproxime de 166 "gigabits" por cm2.

Recently, the potential limit has been increased yet again

Recentemente, o limite potencial voltou a aumentar,

through heat assisted magnetic recording.

através da gravação magnética assistida.

This uses an even more thermally stable recording medium,

Isto usa um meio de gravação ainda mais estável termicamente,

whose magnetic resistance is momentarily reduced

cuja resistência magnética é momentaneamente reduzida

by heating up a particular spot with a laser

aquecendo um local específico com um laser

and allowing data to be written.

e permitindo a gravação dos dados.

And while those drives are currently in the prototype stage,

Embora estas unidades ainda estejam numa fase de protótipos

scientists already have the next potential trick up their sleeves:

os cientistas já têm na manga um próximo truque:

bit-patterned media,

os meios com padrões de "bits"

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

em que as localizações de "bits" são organizadas em estruturas separadas,

com uma nanodimensão,

potentially allowing for areal densities of twenty terabits per square inch

permitindo potencialmente densidades de áreas

com 3 "terabits" por cm2 ou mais.

or more.

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

Assim, é graças aos esforços conjuntos de gerações de engenheiros,

material scientists,

de cientistas de materiais

and quantum physicists

e de físicos quânticos

that this tool of incredible power and precision

que este instrumento, de potência e precisão incríveis

can spin in the palm of your hand.

pode girar na palma da nossa mão.