Como funciona o disco rígido? - Kanawat Senanan

Veja lição completa em: http://ed.ted.com/lessons/how-do-hard-drives-work-kanawat-senanan

O disco rígido é um objeto que pode armazenar muito mais informação que a biblioteca de sua cidade. Mas como ele pode armazenar tanta informação em tão pouco espaço? Kanawat Senanan detalha as gerações de engenheiros, cientistas de materiais e físicos quânticos que influenciaram a criação desta ferramenta incrivelmente poderosa e precisa.

Lição de Kanawat Senanan, animação de TED-Ed.

Imagine um avião voando a
um milímetro acima do solo

e dando uma volta em torno
da Terra a cada 25 segundos

e ainda contando cada folha
de grama presente no solo.

Reduza tudo isso até que caiba
na palma da sua mão,

e você teria algo equivalente
a um disco rígido moderno,

que pode armazenar mais informação
do que a biblioteca de sua cidade.

Como é que ele armazena
tanta informação em um espaço tão pequeno?

Em cada disco rígido existe uma pilha
de discos girando em alta velocidade

enquanto uma cabeça de gravação
sobrevoa cada superfície da pilha.

Cada disco é revestido por uma película
com minúsculos grãos de metal magnetizado,

e seus dados não estão ali em uma forma
que você possa reconhecer.

Eles são gravados
como um padrão magnético

formado por grupos desses pequenos grãos.

Em cada grupo, também conhecido por bit,

todos os grãos são
alinhados magneticamente

em um estado, dentre dois possíveis,

que correspondem aos dígitos zero e um.

Os dados são gravados no disco

através da conversão de sequências
de bits em corrente elétrica

alimentada através de um eletroímã.

Este ímã gera um campo que é forte
o suficiente para mudar a direção

de magnetização do grão do metal.

Uma vez que esta informação
é escrita no disco,

o dispositivo usa um leitor magnético

para converter os bits
em algo compreensível,

semelhante a como a agulha do fonógrafo
traduz em música os sulcos de um vinil.

Mas como você pode obter tanta
informação de apenas zeros e uns?

Bem, colocando muitos deles juntos.

Por exemplo, uma letra é representada
em um byte ou oito bits,

e cada foto sua possui,
em média, vários megabytes,

que é o equivalente a 8 milhões de bits.

Como cada bit deve ser escrito
em uma área física do disco,

estamos sempre buscando aumentar
a densidade de área do disco,

ou quantos bits podem ser espremidos
em uma polegada quadrada do disco.

A densidade de área de um disco hoje é de
600 gigabits por polegada quadrada,

300 milhões de vezes maior do que aquela
do primeiro disco rígido da IBM de 1957.

Este avanço incrível
na capacidade de armazenamento

não se deu apenas através
da miniaturização dos componentes,

mas envolveu múltiplas inovações.

Uma técnica chamada processo
de litografia de película fina

permitiu que engenheiros
compactassem a leitura e a escrita.

E apesar de pequeno,
o leitor tornou-se mais sensível

aproveitando-se de novas descobertas

de propriedades magnéticas
e quânticas da matéria.

Foi possível agrupar ainda mais os bits
graças a algoritmos matemáticos,

que filtram o ruído
da interferência magnética

e encontram as sequências de bits
mais prováveis a cada leitura de bloco.

E o controle da expansão térmica
da cabeça de gravação,

habilitado por um aquecedor
sob o gravador magnético,

permite que ela deslize
à distância de menos de cinco nanômetros

acima da superfície do disco,

o que equivale a largura
de duas fitas de DNA.

Nas últimas décadas,

o aumento exponencial
da capacidade de armazenamento

e do poder de processamento

seguiu um padrão conhecido
como a Lei de Moore,

que, em 1975, previu que a densidade
de informação dobraria a cada dois anos.

Mas no limite de 100 gigabits
por polegada quadrada,

onde os grãos magnéticos
estão tão pequenos e espremidos,

surge um novo problema,
chamado efeito superparamagnético.

Quando o volume de um grão
magnético é muito pequeno,

sua magnetização é facilmente
alterada pela energia térmica

e pode fazer com que os bits
mudem seus estados,

levando à perda de dados.

Os cientistas resolveram esta limitação
de uma forma extremamente simples:

alterando a direção da gravação,
de longitudinal para perpendicular,

permitindo que a densidade por área seja
de um terabit por polegada quadrada.

Recentemente, esse limite foi
ultrapassado mais uma vez

por meio da gravação magnética
com a ajuda do calor.

Este método utiliza um meio
de gravação termicamente estável,

cuja resistência magnética
é momentaneamente reduzida,

aquecendo-se um ponto
específico com um laser

e permitindo que os dados sejam gravados.

E enquanto esses discos
ainda estão em fase de testes,

cientistas já têm na cartola
o próximo truque:

´"bit-patterned media",

onde os bits ficam localizados
em estruturas nanométricas separadas,

permitindo uma densidade de área

na faixa de vinte terabits
por polegada quadrada ou mais.

Então, graças aos esforços combinados
de gerações de engenheiros,

cientistas de materiais

e físicos quânticos,

é que esta ferramenta precisa
e de poder incrível

pode girar na palma da sua mão.