How do hard drives work? - Kanawat Senanan

2,563,625 views ・ 2015-10-29

TED-Ed


Za predvajanje videoposnetka dvakrat kliknite na spodnje angleške podnapise.

Translator: Matej Divjak Reviewer: Nika Kotnik
00:07
Imagine an airplane flying one millimeter above the ground
0
7248
3573
Predstavljajte si letalo, ki leti en milimeter nad tlemi
00:10
and circling the Earth once every 25 seconds
1
10821
3208
in vsakih 25 sekund obkroži Zemljo,
00:14
while counting every blade of grass.
2
14029
3306
pri tem pa prešteje vse travne bilke.
00:17
Shrink all that down so that it fits in the palm of your hand,
3
17335
3216
Če to pomanjšate do te mere, da se prilega vaši dlani,
00:20
and you'd have something equivalent to a modern hard drive,
4
20551
3754
dobite nekaj enakovrednega sodobnemu trdemu disku,
00:24
an object that can likely hold more information than your local library.
5
24305
4150
predmetu, ki lahko vsebuje več informacij kot vaša lokalna knjižnica.
00:28
So how does it store so much information in such a small space?
6
28455
4451
Kako pa lahko hrani toliko informacij na tako majhnem prostoru?
00:32
At the heart of every hard drive is a stack of high-speed spinning discs
7
32906
4216
V središču vsakega trdega diska je skladovnica hitro vrtečih se plošč
00:37
with a recording head flying over each surface.
8
37122
3403
z bralno/pisalno glavo, ki leti nad vsako od površin.
00:40
Each disc is coated with a film of microscopic magnetised metal grains,
9
40525
5753
Vsaka plošča je prekrita s prevleko mikroskopskih magnetiziranih kovinskih zrn
00:46
and your data doesn't live there in a form you can recognize.
10
46278
3313
in vaši podatki tam ne živijo v obliki, ki bi jo prepoznali.
00:49
Instead, it is recorded as a magnetic pattern
11
49591
3177
Namesto tega so zapisani kot magnetni vzorec,
00:52
formed by groups of those tiny grains.
12
52768
3051
ki ga tvorijo skupine teh drobnih zrn.
00:55
In each group, also known as a bit,
13
55819
2350
V vsaki skupini, znani tudi kot bit,
00:58
all of the grains have their magnetization's aligned
14
58169
2952
imajo vsa zrna magnetizacijo poravnano
01:01
in one of two possible states,
15
61121
2475
v eno od dveh možnih stanj,
01:03
which correspond to zeroes and ones.
16
63596
3209
ki ustrezata ničlam in enicam.
01:06
Data is written onto the disc
17
66805
1863
Podatki se na disk zapišejo
01:08
by converting strings of bits into electrical current
18
68668
3909
s pretvorbo bitnih nizov v električni tok,
01:12
fed through an electromagnet.
19
72577
2417
ki ga dovaja elektromagnet.
01:14
This magnet generates a field strong enough to change the direction
20
74994
3619
Ta magnet tvori polje, ki je dovolj močno, da spremeni smer
01:18
of the metal grain's magnetization.
21
78613
2532
magnetizacije kovinskih zrn.
01:21
Once this information is written onto the disc,
22
81145
2957
Ko so informacije enkrat zapisane na disk,
01:24
the drive uses a magnetic reader to turn it back into a useful form,
23
84102
4741
pogon uporabi magnetni bralnik, da jih pretvori nazaj v uporabno obliko,
01:28
much like a phonograph needle translates a record's grooves into music.
24
88843
4625
zelo podobno gramofonski igli, ki utore na plošči prevaja v glasbo.
01:33
But how can you get so much information out of just zeroes and ones?
25
93468
4166
Toda kako lahko dobimo toliko informacij iz samo ničel in enic?
01:37
Well, by putting lots of them together.
26
97634
2666
Tako, da jih damo mnogo skupaj.
01:40
For example, a letter is represented in one byte, or eight bits,
27
100300
4946
Na primer, črko predstavlja en bajt ali osem bitov,
01:45
and your average photo takes up several megabytes,
28
105246
2633
vaša povprečna slika pa zavzame več megabajtov,
01:47
each of which is 8 million bits.
29
107879
2986
vsak od njih pa ima 8 milijonov bitov.
01:50
Because each bit must be written onto a physical area of the disc,
30
110865
3914
Ker mora biti vsak bit zapisan na fizični del diska,
01:54
we're always seeking to increase the disc's areal density,
31
114779
4054
venomer iščemo načine za povečanje gostote zapisa na disku
01:58
or how many bits can be squeezed into one square inch.
32
118833
4739
oz. koliko bitov lahko stisnemo na kvadraten palec.
02:03
The areal density of a modern hard drive is about 600 gigabits per square inch,
33
123572
5335
Gostota zapisa modernih trdih diskov je okoli 600 gigabitov na kvadratni palec,
02:08
300 million times greater than that of IBM's first hard drive from 1957.
34
128907
6617
300-milijonkrat več kot pri IBM-ovemu prvemu trdemu disku iz leta 1957.
02:15
This amazing advance in storage capacity
35
135524
2405
Ta neverjetni napredek v kapaciteti shrambe
02:17
wasn't just a matter of making everything smaller,
36
137929
2803
ni bil rezultat le pomanjševanja vsega,
02:20
but involved multiple innovations.
37
140732
2182
ampak je vključevalo številne inovacije.
02:22
A technique called the thin film lithography process
38
142914
3239
Tehnika, imenovana proces litografije tankega filma,
02:26
allowed engineers to shrink the reader and writer.
39
146153
3694
je inženirjem omogočila pomanjšanje bralno/pisalne glave.
02:29
And despite its size, the reader became more sensitive
40
149847
2920
In navkljub svoji velikosti, je bralnik postal bolj občutljiv
02:32
by taking advantage of new discoveries in magnetic and quantum properties of matter.
41
152767
6323
z izkoriščenjem novih odkritij na področju magnetnih in kvantnih lastnostih snovi.
02:39
Bits could also be packed closer together thanks to mathematical algorithms
42
159090
4294
Biti so lahko bili tudi bolj zgoščeni zahvaljujoč matematičnim algoritmom,
02:43
that filter out noise from magnetic interference,
43
163384
3216
ki filtrirajo motnje magnetne interference
02:46
and find the most likely bit sequences from each chunk of read-back signal.
44
166600
4874
in najdejo najbolj verjetne bitne nize iz vsakega kosa povratnega bralnega signala.
02:51
And thermal expansion control of the head,
45
171474
2991
Nadzor nad termičnim raztezanjem glave,
02:54
enabled by placing a heater under the magnetic writer,
46
174465
3083
ki ga omogočimo z grelnikom pod magnetnim zapisovalnikom,
02:57
allowed it to fly less than five nanometers above the disc's surface,
47
177548
5127
ji je omogočilo lebdenje na manj kot petih nanometrih nad površino diska,
03:02
about the width of two strands of DNA.
48
182675
3986
kar je približno širina dveh vej DNK.
03:06
For the past several decades,
49
186661
1756
Zadnjih nekaj desetletij
03:08
the exponential growth in computer storage capacity and processing power
50
188417
4147
je eksponentna rast kapacitete računal- niškega pomnilnika in procesorske moči
03:12
has followed a pattern known as Moore's Law,
51
192564
3252
sledila vzorcu, ki ga poznamo kot Moorov zakon,
03:15
which, in 1975, predicted that information density would double every two years.
52
195816
7283
ki je 1975 predvidel, da se bo gostota informacij podvojila vsaki dve leti.
03:23
But at around 100 gigabits per square inch,
53
203099
2894
Vendar pa je pri okoli 100 gigabitih na kvadratni palec
03:25
shrinking the magnetic grains further or cramming them closer together
54
205993
4192
nadaljnje pomanjševanje magnetnih zrn, ali njihovo še večje tlačenje skupaj,
03:30
posed a new risk called the superparamagnetic effect.
55
210185
4176
predstavljalo novo tveganje imenovano super-paramagnetni učinek.
03:34
When a magnetic grain volume is too small,
56
214361
3184
Ko je prostornina magnetnega zrna premajhna,
03:37
its magnetization is easily disturbed by heat energy
57
217545
3931
njegovo magnetizacijo zlahka zmoti toplotna energija
03:41
and can cause bits to switch unintentionally,
58
221476
2953
in lahko povzroči, da se biti nenamenoma zamenjajo,
03:44
leading to data loss.
59
224429
2285
kar vodi k izgubi podatkov.
03:46
Scientists resolved this limitation in a remarkably simple way:
60
226714
4105
Znanstveniki so to omejitev rešili na presenetljivo enostaven način:
03:50
by changing the direction of recording from longitudinal to perpendicular,
61
230819
5080
s spremembo smeri zapisovanja iz vzdolžne v navpično,
03:55
allowing areal density to approach one terabit per square inch.
62
235899
5326
kar je omogočilo gostoto zapisa blizu enega terabita na kvadratni palec.
04:01
Recently, the potential limit has been increased yet again
63
241225
3633
Nedavno se je potencialna meja ponovno zvišala
04:04
through heat assisted magnetic recording.
64
244858
2824
z uporabo toplotnega magnetnega zapisovanja (HAMR).
04:07
This uses an even more thermally stable recording medium,
65
247682
3769
Ta uporablja še bolj termično stabilen zapisovalni medij,
04:11
whose magnetic resistance is momentarily reduced
66
251451
3438
čigar magnetno odpornost se za trenutek zniža
04:14
by heating up a particular spot with a laser
67
254889
3628
s segrevanjem določene točke z laserjem
04:18
and allowing data to be written.
68
258517
2018
in omogočenim zapisovanjem podatkov.
04:20
And while those drives are currently in the prototype stage,
69
260535
3022
In medtem ko so ti pogoni trenutno v fazi prototipov,
04:23
scientists already have the next potential trick up their sleeves:
70
263557
4738
imajo znanstveniki v rokavu že nov potencialni trik:
04:28
bit-patterned media,
71
268295
1996
medij bitnih vzorcev (BPM),
04:30
where bit locations are arranged in separate, nano-sized structures,
72
270291
4976
na katerem so lokacije bitov razvrščene v ločene nano strukture,
04:35
potentially allowing for areal densities of twenty terabits per square inch
73
275267
5036
kar potencialno omogoča gostote zapisa 20 terabitov na kvadratni palec
04:40
or more.
74
280303
1477
ali več.
04:41
So it's thanks to the combined efforts of generations of engineers,
75
281780
4467
Zahvalimo se torej lahko skupnim prizadevanjem večih generacij inženirjev,
04:46
material scientists,
76
286247
1767
znanstvenikov snovi
04:48
and quantum physicists
77
288014
1962
in kvantnih fizikov,
04:49
that this tool of incredible power and precision
78
289976
3043
da se to orodje neverjetne moči in natančnosti
04:53
can spin in the palm of your hand.
79
293019
2795
lahko vrti v vaši dlani.
O tej spletni strani

Na tem mestu boste našli videoposnetke na YouTubu, ki so uporabni za učenje angleščine. Ogledali si boste lekcije angleščine, ki jih poučujejo vrhunski učitelji z vsega sveta. Z dvoklikom na angleške podnapise, ki so prikazani na vsaki strani z videoposnetki, lahko predvajate videoposnetek od tam. Podnapisi se pomikajo sinhronizirano s predvajanjem videoposnetka. Če imate kakršne koli pripombe ali zahteve, nam pišite prek tega obrazca za stike.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7