0:00

5:12

How do hard drives work? - Kanawat Senanan

TED-Ed·5:12·Technology·B2

Chương · 4

Chương 1·Scale and Mechanics of Hard Drives

Hiển thị

Tiếng ViệtAuto-scroll

0:00

Imagine Music an airplane flying 1 mm above the ground and circling the earth once every 25 seconds while counting every blade of grass.

Hãy tưởng tượng [Âm nhạc] một chiếc máy bay bay cách mặt đất chỉ 1 mm và lượn quanh trái đất 25 giây một lần trong khi đếm từng ngọn cỏ.

0:10

Shrink all that down so that it fits in the palm of your hand and you'd have something equivalent to a modern hard drive, an object that can likely hold more information than your local library.

Thu nhỏ tất cả những điều đó lại sao cho vừa vặn trong lòng bàn tay, và bạn sẽ có một thứ tương đương với một ổ cứng hiện đại, một vật thể có thể chứa nhiều thông tin hơn cả thư viện địa phương của bạn.

0:26

So, how does it store so much

Vậy, làm thế nào nó lại có thể lưu trữ được nhiều

0:30

information in such a small space?

thông tin trong một không gian nhỏ bé đến như vậy?

0:32

At the heart of every hard drive is a stack of high-speed spinning discs with a recording head flying over each surface.

Trung tâm của mỗi ổ cứng là một chồng đĩa quay tốc độ cao với một đầu ghi lướt trên mỗi bề mặt.

0:41

Each disc is coated with a film of microscopic magnetized metal grains.

Mỗi đĩa được phủ một lớp màng gồm các hạt kim loại nhiễm từ siêu nhỏ.

0:45

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

Và dữ liệu của bạn không tồn tại ở đó dưới hình thái mà bạn có thể nhận biết được.

0:50

Instead, it is recorded as a magnetic pattern formed by groups of those tiny grains.

Thay vào đó, nó được ghi lại dưới dạng một mẫu từ tính tạo bởi các nhóm hạt li ti ấy.

0:55

In each group, also known as a bit, all of the grains have their magnetizations aligned in one of two possible states, which correspond to zeros and ones.

Trong mỗi nhóm, còn được gọi là một bit, tất cả các hạt đều có hướng từ hóa được sắp xếp theo một trong hai trạng thái khả dĩ, tương ứng với số không và số một.

1:06

Data is

Dữ liệu được

1:07

written onto the disc by converting strings of bits into electrical current fed through an electromagnet.

ghi vào đĩa bằng cách chuyển đổi các chuỗi bit thành dòng điện truyền qua một nam châm điện.

1:14

This magnet generates a field strong enough to change the direction of the metal grains magnetization.

Nam châm này tạo ra một từ trường đủ mạnh để thay đổi chiều từ hóa của các hạt kim loại.

1:22

Once this information is written onto the disc, the drive uses a magnetic reader to turn it back into a useful form.

Một khi thông tin này đã được ghi lên đĩa, ổ đĩa sẽ sử dụng một đầu đọc từ để chuyển nó trở lại dạng hữu ích.

1:29

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

Rất giống với cách kim máy hát đĩa chuyển các rãnh đĩa than thành âm nhạc.

1:33

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

Nhưng làm sao bạn có thể thu được nhiều thông tin như vậy chỉ từ các chữ số không và một?

1:38

Well, by putting lots of them together.

À, bằng cách kết hợp thật nhiều số đó lại với nhau.

1:40

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

Chẳng hạn, một chữ cái được đại diện bởi một byte hoặc tám bit.

1:44

And your average photo takes up several megabytes, each of which is 8 million bits.

Và một bức ảnh thông thường của bạn chiếm vài megabyte, mỗi megabyte là 8 triệu bit.

1:50

Because each bit must be written onto a physical area of the disc, we're always seeking to increase the disc's aerial density, or how many bits can be squeezed into one square in.

Bởi vì mỗi bit phải được ghi lên một vùng vật lý trên đĩa, chúng ta luôn tìm cách tăng mật độ diện tích của đĩa, tức là có bao nhiêu bit có thể được nén vào trong một inch vuông.

2:03

The aerial density of a modern hard drive is about 600 GB per

Mật độ diện tích của một ổ cứng hiện đại là khoảng 600 GB trên

2:08

square in, 300 million times greater than that of IBM's first hard drive from This amazing advance in storage capacity wasn't just a matter of making everything smaller, but involved multiple innovations.

mỗi inch vuông, lớn hơn 300 triệu lần so với ổ cứng đầu tiên của IBM từ Bước tiến đáng kinh ngạc về dung lượng lưu trữ này không chỉ đơn thuần là việc làm cho mọi thứ nhỏ hơn, mà còn đòi hỏi nhiều phát minh đổi mới.

2:22

A technique called the thin film lithography process allowed engineers to shrink the reader and writer.

Một kỹ thuật gọi là quy trình in quang khắc màng mỏng đã cho phép các kỹ sư thu nhỏ cả đầu đọc và đầu ghi.

2:29

And despite its size, the reader became more sensitive by taking

Và bất chấp kích thước của nó, đầu đọc thậm chí còn trở nên nhạy hơn nhờ tận

2:34

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

dụng những khám phá mới về đặc tính từ và lượng tử của vật chất.

2:38

Bits could also be packed closer together thanks to mathematical algorithms that filter out noise for magnetic interference and find the most likely bit sequences from each chunk of readback signal and thermal expansion control of the head enabled by placing a heater under the magnetic writer allowed

Các bit cũng có thể được xếp sát nhau hơn nhờ vào những thuật toán toán học lọc bỏ nhiễu do can nhiễu từ tính và tìm ra chuỗi bit khả dĩ nhất từ từng đoạn tín hiệu đọc về, và việc kiểm soát giãn nở nhiệt của đầu đọc ghi được kích hoạt bằng cách đặt một bộ gia nhiệt dưới đầu ghi từ đã cho phép

2:58

it to fly less than 5 nanome above the disc surface about the width of two strands of DNA.

nó lướt đi ở độ cao chưa tới 5 nanomet phía trên bề mặt đĩa, tương đương độ rộng của hai chuỗi xoắn ADN.

3:06

For the past several decades, the exponential growth in computers storage capacity and processing power has followed a pattern known as Moore's law, which in 1975 predicted that information density would double every 2 years.

Trong vài thập kỷ qua, sự phát triển theo cấp số nhân về dung lượng lưu trữ và khả năng xử lý của máy tính đã đi theo một quy luật được gọi là định luật Moore, quy luật mà vào năm 1975 từng dự đoán rằng mật độ thông tin sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 2 năm.

3:22

But at around 100 Gbits per square in, shrinking the

Thế nhưng ở mức khoảng 100 Gbit trên mỗi inch vuông, việc thu nhỏ thêm các

3:27

magnetic grains further or cramming them closer together posed a new risk called the super paramagnetic effect.

hạt từ hoặc nén chúng sát nhau hơn đã đặt ra một rủi ro mới được gọi là hiệu ứng siêu thuận từ.

3:34

When a magnetic grain volume is too small, its magnetization is easily disturbed by heat energy and can cause bits to switch unintentionally, leading to data loss.

Khi thể tích của một hạt từ quá nhỏ, hướng từ hóa của nó rất dễ bị năng lượng nhiệt làm xáo trộn và có thể khiến các bit bị đảo chiều ngoài ý muốn, dẫn đến mất dữ liệu.

3:47

Scientists resolved this limitation in a remarkably simple way by changing the direction of recording from longitudinal to perpendicular, allowing aerial density to approach 1 terabit per square in.

Các nhà khoa học đã giải quyết hạn chế này theo một cách đơn giản đến ngạc nhiên bằng cách thay đổi chiều ghi từ phương nằm ngang sang phương thẳng đứng, cho phép mật độ diện tích tiếp cận mức 1 terabit trên mỗi inch vuông.

4:01

Recently, the potential limit has been increased yet again through heatass assisted magnetic recording.

Gần đây, giới hạn tiềm năng này lại được nâng cao hơn nữa thông qua công nghệ ghi từ có hỗ trợ nhiệt.

4:07

This uses an even more thermally stable recording medium whose magnetic resistance is

Phương pháp này sử dụng một vật liệu lưu trữ có độ ổn định nhiệt cao hơn nữa mà lực kháng từ của nó

4:14

momentarily reduced by heating up a particular spot with a laser and allowing data to be written.

tạm thời bị suy giảm bằng cách làm nóng một điểm xác định bằng tia laser, cho phép dữ liệu được ghi vào.

4:21

And while those drives are currently in the prototype stage, scientists already have the next potential trick up their sleeves.

Và trong khi những ổ đĩa này hiện đang ở giai đoạn nguyên mẫu, các nhà khoa học đã nắm trong tay giải pháp tiềm năng tiếp theo.

4:30

bit patterned media where bit locations are arranged in separate nanoiz structures potentially allowing for aerial densities of 20 terabs per

môi trường mẫu bit nơi các vị trí bit được bố trí trong các cấu trúc kích thước nano tách biệt, có khả năng cho phép mật độ diện tích đạt 20 terabit trên

4:40

square in or more.

mỗi inch vuông hoặc nhiều hơn.

4:42

So it's thanks to the combined efforts of generations of engineers, material scientists, and quantum physicists that this tool of incredible power and precision can spin in the palm of your hand.

Do vậy, chính nhờ những nỗ lực phối hợp của nhiều thế hệ kỹ sư, nhà khoa học vật liệu và nhà vật lý lượng tử mà công cụ mang sức mạnh và độ chính xác phi thường này có thể quay tròn ngay trong lòng bàn tay bạn.

5:04

Music

[Âm nhạc]

Transcript