How do hard drives work? - Kanawat Senanan

2,625,452 views ・ 2015-10-29

TED-Ed


โปรดดับเบิลคลิกที่คำบรรยายภาษาอังกฤษด้านล่างเพื่อเล่นวิดีโอ

Translator: Kanawat Senanan Reviewer: Kelwalin Dhanasarnsombut
00:07
Imagine an airplane flying one millimeter above the ground
0
7248
3573
ลองจินตนาการถึงเครื่องบินโดยสาร ที่บินอยู่เหนือพื้นโลกเพียง 1 มิลลิเมตร
00:10
and circling the Earth once every 25 seconds
1
10821
3208
ด้วยความเร็วที่จะบินได้รอบโลก ทุก ๆ 25 วินาที
00:14
while counting every blade of grass.
2
14029
3306
แถมต้องนับใบหญ้าทุกใบที่มันบินผ่าน
00:17
Shrink all that down so that it fits in the palm of your hand,
3
17335
3216
ทีนี้ย่อส่วนทุกอย่างลง ให้เล็กพอที่จะอยู่ในมือของคุณ
00:20
and you'd have something equivalent to a modern hard drive,
4
20551
3754
และคุณก็จะได้สิ่งที่เทียบเคียง กับฮาร์ดดิสก์ในปัจจุบัน
00:24
an object that can likely hold more information than your local library.
5
24305
4150
มันคือวัตถุที่อาจจะจุข้อมูลได้มากกว่า ห้องสมุดสาธารณะในเมืองของคุณ
00:28
So how does it store so much information in such a small space?
6
28455
4451
แล้วมันจุข้อมูลมหาศาลไว้ ภายในเนื้อที่เล็ก ๆ เช่นนี้ได้อย่างไร
00:32
At the heart of every hard drive is a stack of high-speed spinning discs
7
32906
4216
หัวใจสำคัญของฮาร์ดดิสก์ทุกชิ้น คือ แผ่นจานที่เรียงซ้อนกัน ที่หมุนด้วยความเร็วสูง
00:37
with a recording head flying over each surface.
8
37122
3403
โดยมีหัวบันทึกบินอยู่เหนือผิว แต่ละด้านของจานนั้น
00:40
Each disc is coated with a film of microscopic magnetised metal grains,
9
40525
5753
แผ่นจานถูกเคลือบด้วยแผ่นฟิล์มบาง ๆ ที่ก่อขึ้น จากผลึกขนาดจิ๋วของโลหะที่เป็นสารแม่เหล็ก
00:46
and your data doesn't live there in a form you can recognize.
10
46278
3313
แต่ข้อมูลของคุณนั้นไม่ได้ถูกบันทึกในฮาร์ดดิสก์ ในรูปแบบที่คุณจะมองออก
00:49
Instead, it is recorded as a magnetic pattern
11
49591
3177
มันถูกบันทึกในรูปแบบ การจัดเรียงตัวของขั้วแม่เหล็ก
00:52
formed by groups of those tiny grains.
12
52768
3051
ของกลุ่มผลึกจิ๋วเหล่านั้น
00:55
In each group, also known as a bit,
13
55819
2350
กลุ่มผลึกแต่ละกลุ่มนั้น เราเรียกมันว่าบิต (bit)
00:58
all of the grains have their magnetization's aligned
14
58169
2952
ซึ่งล้วนมีขั้วแม่เหล็กหันไปในทิศทางเดียวกัน ทิศใดทิศหนึ่ง
01:01
in one of two possible states,
15
61121
2475
จากที่ทิศเป็นไปได้ 2 ทิศ
01:03
which correspond to zeroes and ones.
16
63596
3209
ซึ่งนั่นก็หมายถึงบิต 0 หรือ 1 นั่นเอง
01:06
Data is written onto the disc
17
66805
1863
ข้อมูลถูกเขียนลงไปบนจานแม่เหล็ก
01:08
by converting strings of bits into electrical current
18
68668
3909
โดยการแปลงชุดข้อมูลบิตที่ต่อเนื่องกัน ให้เป็นกระแสไฟฟ้า
01:12
fed through an electromagnet.
19
72577
2417
แล้วป้อนเข้าสู่แม่เหล็กไฟฟ้า
01:14
This magnet generates a field strong enough to change the direction
20
74994
3619
แม่เหล็กไฟฟ้าชิ้นนี้จะสร้างสนามแม่เหล็ก ที่แรงพอที่จะเปลี่ยนทิศทาง
01:18
of the metal grain's magnetization.
21
78613
2532
ขั้วแม่เหล็กของเหล่าผลึกโลหะ
01:21
Once this information is written onto the disc,
22
81145
2957
เมื่อข้อมูลเหล่านี้ถูกเขียนลง บนแผ่นจานแม่เหล็ก
01:24
the drive uses a magnetic reader to turn it back into a useful form,
23
84102
4741
ฮาร์ดดิสก์ก็จะใช้เซนเซอร์ตรวจสนามแม่เหล็ก แปลงมันกลับมาให้อยู่ในรูปที่ใช้ประโยชน์ได้
01:28
much like a phonograph needle translates a record's grooves into music.
24
88843
4625
เช่นเดียวกับที่เข็มของเครื่องเล่นแผ่นเสียง แปลงร่องขรุขระบนแผ่นเสียงให้เป็นเสียงเพลง
01:33
But how can you get so much information out of just zeroes and ones?
25
93468
4166
แต่เราได้ข้อมูลมหาศาลจาก แค่ตัวเลขหนึ่งและศูนย์ได้อย่างไร
01:37
Well, by putting lots of them together.
26
97634
2666
ก็เอามันมาเรียงกันเยอะ ๆ น่ะสิ
01:40
For example, a letter is represented in one byte, or eight bits,
27
100300
4946
ตัวอย่างเช่น หนึ่งตัวอักษรนั้น นับเป็นข้อมูล 1 ไบต์ ซึ่งเท่ากับ 8 บิต
01:45
and your average photo takes up several megabytes,
28
105246
2633
และรูปภาพทั่ว ๆ ไปของคุณ ก็กินเนื้อที่หลายเมกะไบต์
01:47
each of which is 8 million bits.
29
107879
2986
แต่ละเมกะไบต์ก็คือ 8 ล้านบิต
01:50
Because each bit must be written onto a physical area of the disc,
30
110865
3914
และเนื่องจากแต่ละบิตนั้นกินเนื้อที่ บนผิวของจานแม่เหล็กเมื่อมันถูกเขียนลงไป
01:54
we're always seeking to increase the disc's areal density,
31
114779
4054
เราจึงต้องพยายามที่จะหาหนทางเพื่อที่ จะเพิ่ม ความหนาแน่นเชิงพื้นที่ (areal density)
01:58
or how many bits can be squeezed into one square inch.
32
118833
4739
ซึ่งวัดกันโดย จำนวนบิตที่สามารถ บันทึกลงไปในพื้นที่หนึ่งตารางนิ้ว
02:03
The areal density of a modern hard drive is about 600 gigabits per square inch,
33
123572
5335
ความหนาแน่นเชิงพื้นที่ของฮาร์ดดิส์ในปัจจุบัน คือประมาณ 600 กิกะบิตต่อตารางนิ้ว
02:08
300 million times greater than that of IBM's first hard drive from 1957.
34
128907
6617
300 ล้านเท่าของฮาร์ดดิส์ตัวแรก ที่ IBM สร้างขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1957
02:15
This amazing advance in storage capacity
35
135524
2405
การเพิ่มขึ้นอย่างมหัศจรรย์ ของความจุของฮาร์ดดิสก์
02:17
wasn't just a matter of making everything smaller,
36
137929
2803
ไม่ใช่แค่การลดขนาดทุกอย่างให้เล็กลง
02:20
but involved multiple innovations.
37
140732
2182
แต่มันเกี่ยวข้องกับนวัตกรรมหลาย ๆ อย่าง
02:22
A technique called the thin film lithography process
38
142914
3239
เทคนิคที่เรียกว่ากระบวนการพิมพ์ลายด้วยแสง
02:26
allowed engineers to shrink the reader and writer.
39
146153
3694
ช่วยให้วิศวกรย่อขนาดหัวอ่านและหัวเขียนได้
02:29
And despite its size, the reader became more sensitive
40
149847
2920
และแม้ด้วยขนาดที่เล็กลง เซนเซอร์ในหัวอ่านนั้นก็ยังมีความไวสูงขึ้น
02:32
by taking advantage of new discoveries in magnetic and quantum properties of matter.
41
152767
6323
โดยการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางแม่เหล็ก และทางควอนตัม ของวัสดุต่าง ๆ
02:39
Bits could also be packed closer together thanks to mathematical algorithms
42
159090
4294
แถมบิตก็ยังถูกบันทึกให้ชิดกันมากขึ้น ซึ่งต้องขอบคุณวิธีทางคณิตศาสตร์ต่าง ๆ
02:43
that filter out noise from magnetic interference,
43
163384
3216
ที่ช่วยกรองเอาสัญญาณรบกวน และการบิดเบือนของสัญญาณออกไป
02:46
and find the most likely bit sequences from each chunk of read-back signal.
44
166600
4874
แถมยังสามารถทำนายชุดข้อมูลบิตที่น่าจะเป็นไปได้ มากที่สุดจากสัญญาณที่อ่านขึ้นมาจากจานแม่เหล็ก
02:51
And thermal expansion control of the head,
45
171474
2991
และการควบคุมการขยายตัวทางความร้อนของหัวเขียน
02:54
enabled by placing a heater under the magnetic writer,
46
174465
3083
โดยอาศัยขดลวดความร้อนที่ฝังไว้ใต้หัวเขียน
02:57
allowed it to fly less than five nanometers above the disc's surface,
47
177548
5127
ทำให้มันบินใกล้แผ่นจาน ได้ใกล้กว่า 5 นาโนเมตร
03:02
about the width of two strands of DNA.
48
182675
3986
นั่นเทียบเท่ากับ DNA เพียงแค่สองสาย
03:06
For the past several decades,
49
186661
1756
หลายทศวรรษที่ผ่านมา
03:08
the exponential growth in computer storage capacity and processing power
50
188417
4147
การเติบโตอย่างทวีคูณของความจุ และพลังการคำนวณของคอมพิวเตอร์นั้น
03:12
has followed a pattern known as Moore's Law,
51
192564
3252
เป็นไปตามรูปแบบที่รู้จักกัน ในชื่อว่ากฎของมัวร์
03:15
which, in 1975, predicted that information density would double every two years.
52
195816
7283
ซึ่งในปี ค.ศ. 1975 ได้มีการทำนายว่า ความหนาแน่นของข้อมูลจะทวีคูณขึ้นทุก ๆ 2 ปี
03:23
But at around 100 gigabits per square inch,
53
203099
2894
แต่เมื่อความหนาแน่น เพิ่มถึง 100 กิกะบิตต่อตารางนิ้ว
03:25
shrinking the magnetic grains further or cramming them closer together
54
205993
4192
การย่อขนาดของผลึกแม่เหล็กให้เล็กลงไปอีก หรือเขียนบิตให้ใกล้กันมากขึ้น
03:30
posed a new risk called the superparamagnetic effect.
55
210185
4176
ก่อให้เกิดปัญหาใหม่ที่เรียกว่า ปรากฏการณ์ซูเปอร์พาราแมกเนติก
03:34
When a magnetic grain volume is too small,
56
214361
3184
ซึ่งเมื่อผลึกแม่เหล็ก มีปริมาตรเล็กลงจนถึงจุดหนึ่ง
03:37
its magnetization is easily disturbed by heat energy
57
217545
3931
ทิศทางของขั้วแม่เหล็กของมัน จะถูกรบกวนด้วยพลังงานความร้อน
03:41
and can cause bits to switch unintentionally,
58
221476
2953
จนอาจเกิดการกลับทิศได้โดยไม่ตั้งใจ
03:44
leading to data loss.
59
224429
2285
และนำไปสู่การสูญเสียข้อมูลในที่สุด
03:46
Scientists resolved this limitation in a remarkably simple way:
60
226714
4105
เหล่านักวิทยาศาสตร์ได้แก้ไข้ขีดจำกัดนี้ ด้วยวิธีที่ง่ายเหลือเชื่อ
03:50
by changing the direction of recording from longitudinal to perpendicular,
61
230819
5080
โดยการเปลี่ยนทิศขั้วแม่เหล็กจากในแนวขนาน กับระนาบของจาน เป็นแนวตั้งฉาก
03:55
allowing areal density to approach one terabit per square inch.
62
235899
5326
ทำให้ความหนาแน่นของข้อมูลเพิ่มต่อไปได้ จนเกือบถึง 1 เทราบิตต่อตารางนิ้ว
04:01
Recently, the potential limit has been increased yet again
63
241225
3633
ไม่นานมานี้ ขีดจำกัดด้านความหนาแน่น เชิงพื้นที่ก็ได้ถูกเพิ่มขึ้นไปอีกครั้งหนึ่ง
04:04
through heat assisted magnetic recording.
64
244858
2824
โดยการใช้ความร้อน เพื่อช่วยในการบันทึกข้อมูลเชิงแม่เหล็ก
04:07
This uses an even more thermally stable recording medium,
65
247682
3769
เทคนิคนี้ใช้สื่อในการบันทึก ที่มีความเสถียรต่อการสูญเสียข้อมูลโดยความร้อน
04:11
whose magnetic resistance is momentarily reduced
66
251451
3438
ซึ่งความเสถียรนี้จะถูกลดลงชั่วขณะ
04:14
by heating up a particular spot with a laser
67
254889
3628
โดยใช้เลเซอร์เพื่อให้ความร้อนเป็นจุดเล็ก ๆ
04:18
and allowing data to be written.
68
258517
2018
เพื่อให้ข้อมูลสามารถถูกเขียนลงไปได้
04:20
And while those drives are currently in the prototype stage,
69
260535
3022
แม้ว่าฮาร์ดดิสก์ที่ใช้เทคโนโลยีนี้ ยังอยู่ในขั้นต้นแบบ
04:23
scientists already have the next potential trick up their sleeves:
70
263557
4738
เหล่านักวิทยาศาสตร์ก็มีกลเม็ดอีกชิ้นหนึ่ง เตรียมพร้อมไว้แล้ว
04:28
bit-patterned media,
71
268295
1996
นั่นก็คือ แผ่นจานแม่เหล็ก ที่ทำลวดลายของบิตไว้แล้ว
04:30
where bit locations are arranged in separate, nano-sized structures,
72
270291
4976
ซึ่งบิตแต่ละบิตจะถูกบันทึกลงในโครงสร้าง คล้ายเกาะเล็ก ๆ ระดับนาโน
04:35
potentially allowing for areal densities of twenty terabits per square inch
73
275267
5036
ซึ่งด้วยวิธีนี้คาดกันไว้ว่าจะช่วยเพิ่ม ความหนาแน่นขึ้นไปถึง 20 เทระบิต ต่อ ตารางนิ้ว
04:40
or more.
74
280303
1477
หรือสูงกว่านั้น
04:41
So it's thanks to the combined efforts of generations of engineers,
75
281780
4467
ต้องขอบคุณความพยายามของเหล่าวิศวกร
04:46
material scientists,
76
286247
1767
นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ
04:48
and quantum physicists
77
288014
1962
และนักฟิสิกส์ควอนตัม หลายชั่วรุ่น
04:49
that this tool of incredible power and precision
78
289976
3043
ที่ช่วยทำให้อุปกรณ์อันทรงพลัง และความแม่นยำอันน่าทึ่งนี้
04:53
can spin in the palm of your hand.
79
293019
2795
หมุนติ้วอยู่ในมือของคุณ
เกี่ยวกับเว็บไซต์นี้

ไซต์นี้จะแนะนำคุณเกี่ยวกับวิดีโอ YouTube ที่เป็นประโยชน์สำหรับการเรียนรู้ภาษาอังกฤษ คุณจะได้เห็นบทเรียนภาษาอังกฤษที่สอนโดยอาจารย์ชั้นนำจากทั่วโลก ดับเบิลคลิกที่คำบรรยายภาษาอังกฤษที่แสดงในแต่ละหน้าของวิดีโอเพื่อเล่นวิดีโอจากที่นั่น คำบรรยายเลื่อนซิงค์กับการเล่นวิดีโอ หากคุณมีความคิดเห็นหรือคำขอใด ๆ โปรดติดต่อเราโดยใช้แบบฟอร์มการติดต่อนี้

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7