How do hard drives work? - Kanawat Senanan

Translator: Silver Wings Reviewer: Dieu Dang NguyenTran

Tưởng tượng rằng một máy bay bay cách mặt đất 1 milimet

Imagine an airplane flying one millimeter above the ground

and circling the Earth once every 25 seconds

và vòng quanh Trái Đất mỗi 25 giây

while counting every blade of grass.

và đếm từng ngọn cỏ.

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

Co tất cả chúng lại cho vừa lòng bàn tay bạn,

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

và bạn sẽ có một thứ tương đương với một ổ cứng hiện đại,

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

cái mà có thể lưu giữ nhiều thông tin hơn cả một thư viện địa phương.

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

Vậy làm thế nào mà chứa nhiều thông tin trong một không gian nhỏ như thế?

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

Trái tim của mỗi chiếc ổ cứng chính là một chồng đĩa quay tốc độ cao

with a recording head flying over each surface.

với một đầu đọc lướt trên mỗi bề mặt.

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

Mỗi chiếc đĩa được mã hóa bằng 1 lớp màng các hạt kim loại vi phân tử được từ hóa,

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

và dữ liệu của bạn không tồn tại ở đó trong dạng mà bạn có thể nhận biết.

Instead, it is recorded as a magnetic pattern

Mặc dù vậy, nó được ghi lại như 1 dạng từ tính

formed by groups of those tiny grains.

hình thành bởi nhóm hạt vô cùng nhỏ đó.

In each group, also known as a bit,

Trong mỗi nhóm, được biết như là 1 bit,

all of the grains have their magnetization's aligned

tất cả các hạt có từ tính được sắp đặt

in one of two possible states,

theo một trong 2 trạng thái,

which correspond to zeroes and ones.

tương ứng với 0 và 1.

Data is written onto the disc

Dữ liệu được viết trên đĩa

by converting strings of bits into electrical current

bằng cách chuyển dãy các bit thành dòng điện

fed through an electromagnet.

xuyên qua một trường điện từ.

This magnet generates a field strong enough to change the direction

Từ trường này sinh ra một trường đủ mạnh để thay đổi hướng

of the metal grain's magnetization.

của các hạt kim loại nhiễm từ.

Once this information is written onto the disc,

Một khi thông tin này được viết trên đĩa,

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

ổ cứng sử dụng bộ phận đọc từ để chuyển nó về dạng hữu ích,

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

giống như kim đĩa hát chuyển các rãnh đĩa thành âm nhạc vậy.

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

Nhưng làm thế nào để có nhiều thông tin chỉ dựa trên 0 và 1?

Well, by putting lots of them together.

Vâng, bằng cách xếp chúng cạnh nhau.

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

Ví dụ, một chữ cái được thể hiện bằng 1 byte, hay 8 bits,

and your average photo takes up several megabytes,

và 1 bức ảnh thông thường của bạn chiếm nhiều Megabyte,

each of which is 8 million bits.

mỗi Megabyte là 8 triệu bits.

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

Bởi vì mỗi bit phải được viết trên 1 khu vực vật lý của đĩa,

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

chúng ta luôn luôn tìm cách để nâng mật độ diện tích của đĩa lên,

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

hay chính là bao nhiêu bit có thể được nén vào trong 1 inch vuông.

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

Mật độ diện tích của 1 ổ cứng hiện đại vào khoảng 600 Gigabyte trên 1 inch vuông,

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

lớn hơn 300 triệu lần so với của chiếc ổ cứng đầu tiên của IBM từ 1957.

This amazing advance in storage capacity

Sự tiến bộ kinh ngạc này về dung lượng chứa

wasn't just a matter of making everything smaller,

không chỉ đóng góp từ việc làm cho mọi thứ nhỏ hơn,

but involved multiple innovations.

mà còn bao gồm nhiều cải tiến khác nữa.

A technique called the thin film lithography process

Một kỹ thuật gọi là in lito màng mỏng

allowed engineers to shrink the reader and writer.

cho phép các kỹ sư co ngót đầu đọc và đầu ghi lại.

And despite its size, the reader became more sensitive

Và mặc dù kích thước của nó, đầu đọc trở nên nhạy hơn

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

bằng việc đưa lợi ích của khám phá mới trong từ tính và lượng tử của vật chất.

Bits could also be packed closer together thanks to mathematical algorithms

Bits cũng có thể được xếp lại gần nhau hơn nhờ có thuật toán toán học

that filter out noise from magnetic interference,

lọc sạch nhiễu khỏi sự giao thoa từ,

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

và tìm ra chuỗi bit giống nhau từ mỗi khối dữ liệu đọc được.

And thermal expansion control of the head,

Về việc kiểm soát giãn nở nhiệt của đầu đọc,

enabled by placing a heater under the magnetic writer,

được kích hoạt nhờ đặt bộ trao đổi nhiệt dưới đầu ghi từ tính,

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

cho phép nó chuyển động nhỏ hơn 5 nanomet bên trên bề mặt đĩa,

about the width of two strands of DNA.

bằng chiều rộng của 2 sợi DNA.

For the past several decades,

Khoảng vài thập kỷ trước,

the exponential growth in computer storage capacity and processing power

sự phát triển theo hàm số mũ trong dung lượng chứa và công suất xử lý máy tính

has followed a pattern known as Moore's Law,

tuân theo quy luật định luật Moore,

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

vào năm 1975, đã dự đoán rằng lượng thông tin sẽ tăng gấp đôi mỗi 2 năm.

Nhưng với mật độ 100 Gigabits trong inch vuông,

But at around 100 gigabits per square inch,

shrinking the magnetic grains further or cramming them closer together

co những hạt mang từ tính lại hoặc nén chúng lại gần nhau hơn

posed a new risk called the superparamagnetic effect.

đã đặt ra một mối nguy mới gọi là hiệu ứng siêu thuận từ.

When a magnetic grain volume is too small,

Khi thể tích hạt nhiễm từ quá nhỏ,

its magnetization is easily disturbed by heat energy

từ trường của chúng dễ dàng bị nhiễu bởi năng lượng nhiệt

and can cause bits to switch unintentionally,

và có thể làm cho các bits chuyển hướng không xác định,

leading to data loss.

dẫn đến việc mất dữ liệu.

Scientists resolved this limitation in a remarkably simple way:

Các nhà khoa học đã giải quyết giới hạn này theo 1 cách đơn giản kinh ngạc:

by changing the direction of recording from longitudinal to perpendicular,

bằng cách thay đổi hướng ghi từ song song sang vuông góc,

allowing areal density to approach one terabit per square inch.

cho phép mật độ diện tích đạt đến 1 terabit trên inch vuông.

Recently, the potential limit has been increased yet again

Gần đây, mức giới hạn tiềm năng đã tăng trở lại

through heat assisted magnetic recording.

thông qua nhiệt sinh ra từ việc ghi tín hiệu từ.

This uses an even more thermally stable recording medium,

Điều này sử dụng 1 môi trường ghi tín hiệu thậm chí còn ổn định nhiệt hơn,

whose magnetic resistance is momentarily reduced

khi điện trở từ của chúng được giảm tức thời

by heating up a particular spot with a laser

bằng việc gia nhiệt 1 điểm cụ thể bằng tia laser

and allowing data to be written.

và cho phép dữ liệu được ghi.

And while those drives are currently in the prototype stage,

Và trong khi những ổ cứng này đang trong thời kỳ nguyên mẫu,

scientists already have the next potential trick up their sleeves:

các nhà khoa học cũng đã có kế hoạch sử dụng chúng:

bit-patterned media,

môi trường dạng bit,

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

ở đó vị trí các bit được sắp xếp riêng biệt, cấu trúc kích thước nano,

potentially allowing for areal densities of twenty terabits per square inch

có thể cho phép mật độ diện tích lên tới 20 Terabit trên inch vuông

or more.

hoặc hơn nữa.

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

Vậy xin cảm ơn tới những nỗ lực cộng hợp của thế hệ kỹ sư đi đầu,

material scientists,

các nhà khoa học vật liệu,

and quantum physicists

và các nhà vật lý lượng tử

that this tool of incredible power and precision

mà công cụ của sức mạnh kinh ngạc và chính xác này

can spin in the palm of your hand.

có thể nằm gọn trong lòng bàn tay bạn.