Kako deluje trdi disk?

Trdi disk je zmožen shraniti več podatkov, kot jih ima vaša lokalna knjižnica. Vendar, kako lahko shrani vse te podatke na tako majhnem prostoru?

V jedru vsakega trdega diska je skupek več hitro vrtečih se diskov z zapisovalno glavo. Vsak disk je prevlečen z mikroskopskimi magnetnimi delci. Tukaj podatki ne “živijo” v obliki, ki jo lahko prepoznamo na računalniku, temveč so zapisani v skupinah v magnetnem zaporedju. V vsaki skupini, znani pod imenom “bit”, imajo vsi delci enotno magnetno polje v eni izmed dveh smeri, kar ustreza digitalni ničli in digitalni enki.

Podatki so zapisani s pomočjo zapisovalne glave, ki skupke bitov pretvori v električno napetost s pomočjo elektromagneta. Ta magnet ustvari magnetno polje, ki je dovolj močno, da spremeni smer magnetizma v mikroskopskih delcih. Ko so ti podatki zapisani na disk, glava nato uporabi magnetni bralnik, ki nato pretvori magnetni zapis v elektronskega, kar računalnik lahko “razume”.

Vendar, kako lahko disk shrani toliko podatkov samo z uporabo ničel in enk? Preprosto. Več jih združi v skupino. Na primer, ena črka (npr. A) je zapisana s pomočjo osmih bitov oziroma enega bajta. Povprečna fotografija zavzame več megabajtov (vsak megabajt je enak 8.000.000 bitov).

Vedno novi načini za izboljšanje

Ker pa mora biti vsak bit shranjen na fizični površini na disku, raziskovalci vedno iščejo nove načine, kako povečati kapaciteto (shraniti čim več bitov na čim manjši površini). Kapaciteta modernih trdih diskov je nekje 600 gigabitov na kvadratni inč (6,45 kvadratnih centimetrov). To je kar 300-milijonkrat več kot IBM-ov prvi trdi disk med letoma 1950 in 1960. V teh letih se je tudi močno zmanjšala površina same bralno-zapisovalne glave.

K samemu povečanju kapacitete pa je pripomogla tudi matematika, ki je potrebna, da s pomočjo algoritmov integrirano vezje na spodnjem delu trdega diska omogoča, da so podatki veliko bolj skupaj (kompresirani), kot tudi, da so zapisi brez odvečnih šumov. Tudi dodatni grelnik na bralno-zapisovalni glavi je omogočil, da glava “leti” na manj kot 5 nanometrov od samega diska, kar je približno toliko, kot debelina dveh DNK molekul.

Ker pa je površina, na kateri so shranjeni biti, vedno manjša, je pri okrog 100 gigabitov na kvadratni inč prišlo do t.i. supermagnetnega efekta. Zaradi tega so se magnetne smeri v samih delcih spremenile kar same, kar je privedlo do izgube podatkov. Znanstveniki so to rešili zelo preprosto. Namesto, da so delci magnetizirani v smereh levo in desno, so jih spremenili na gor in dol, kar je hkrati dodatno povečalo gostoto magnetnih delcev na kvadratni inč tudi do 1 terabita.

Tudi to kapaciteto so nedavno presegli s pomočjo natančnega laserja, ki začasno segreje vsak delec pred zapisovanjem na visoko temperaturo. Kljub temu, da je vse to še v povojih, znanstveniki ugotavljajo, da bi tako lahko povečali kapaciteto tudi do 20 terabitov na kvadratni inč.