Como funciona um disco duro? — Kanawat Senanan

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

Um disco duro moderno contém provavelmente mais informações que a nossa biblioteca do bairro. Como podemos armazenar tantas informações num espaço tão reduzido? Kanawat Senanan apresenta as gerações de engenheiros, de cientistas de materiais e de físicos em física quântica que contribuíram para a criação deste instrumento incrivelmente poderoso e preciso.

Lição de Kanawat Senanan, animação de TED-Ed.

Imaginem um avião a voar
a um milímetro acima do solo

e a dar a volta à Terra
de 25 em 25 segundos

enquanto conta todas as ervinhas.

Encolham isso tudo de modo
a caber na palma da mão

e terão uma coisa equivalente
a um disco duro moderno,

um objeto que pode armazenar
mais informações do que uma biblioteca.

Então, como é que é possível
guardar tantas informações

num espaço tão pequeno?

No núcleo de um disco duro

há uma pilha de discos giratórios
de alta velocidade

com uma cabeça de gravação
que voa sobre cada superfície.

Cada disco está revestido de uma película

de microscópicos grãos
de metal magnetizado,

mas os dados não estão ali
numa forma que possamos reconhecer.

Em vez disso, estão armazenados
como um padrão magnético

formado por grupos
desses grãos minúsculos.

Em cada grupo, conhecido por um "bit",

todos os grãos têm a magnetização

alinhada num de dois estados possíveis

que correspondem a zeros e uns.

Os dados são escritos no disco

pela conversão de cadeias de "bits"`
em corrente elétrica

alimentada por um eletroíman.

Este íman gera um campo
suficientemente forte

para alterar a direção da magnetização
dos grãos de metal.

Depois de estas informações
estarem escritas no disco,

a unidade usa um leitor magnético
para a transformar numa forma útil,

tal como a agulha de um fonógrafo
traduz em música as estrias gravadas.

Mas como conseguimos tantas informações
a partir de zeros e uns?

Juntando-os em grande quantidade.

Por exemplo, uma letra é representada
por um "byte", ou seja, oito "bits"

e uma foto comum
têm vários "megabytes",

cada um dos quais
tem oito milhões de "bits".

Como cada "bit" tem de ser escrito
na área física do disco,

estamos sempre a tentar aumentar
a densidade da área do disco

ou seja, quantos "bits" podem ser
encaixados num centímetro quadrado.

A densidade da área
de um disco duro moderno

é de cerca de 100 "gigabits"
por centímetro quadrado,

ou seja, 300 milhões de vezes maior

do que o primeiro disco duro
da IBM, em 1957.

Este progresso espantoso
da capacidade de armazenagem

não é apenas uma questão
de tornar tudo mais pequeno

mas envolveu imensas inovações.

Uma técnica chamada
processo litográfico de película delgada

permitiu que os engenheiros
reduzissem o leitor e o gravador.

Apesar da sua dimensão,
o leitor tornou-se mais sensível

tirando partido de novas descobertas

nas propriedades magnéticas
e quânticas da matéria.

Também se podem compactar os "bits",
graças a algoritmos matemáticos

que filtram o ruído
da interferência magnética

e encontrar as sequências de "bits"
mais prováveis de cada sinal de leitura.

O controlo da expansão térmica da cabeça

foi possível colocando um aquecedor
sob o gravador magnético,

permitindo voar a menos de 5 nanómetros
sobre a superfície do disco,

ou seja, a largura de duas cadeias de ADN.

Nas últimas décadas,

o crescimento exponencial
na capacidade de armazenagem

e de processamento de um computador

seguiu um padrão,
conhecido por Lei de Moore

que, em 1975, previu
que a densidade de informações

duplicaria de dois em dois anos.

Mas com cerca de 17 "gigabits"
por centímetro quadrado,

reduzir mais os grãos magnéticos
ou compactá-los mais

colocava um novo risco,
chamado efeito super paramagnético.

Quando o volume de um grão
magnético é demasiado pequeno,

a sua magnetização é facilmente
prejudicada pela energia calorífica

e pode fazer com que os "bits"
se misturem intencionalmente,

levando à perda de dados.

Os cientistas resolveram este problema
de uma forma muito simples:

alterando a direção da gravação
da forma longitudinal para perpendicular,

permitindo que a densidade da área
se aproxime de 166 "gigabits" por cm2.

Recentemente, o limite potencial
voltou a aumentar,

através da gravação magnética assistida.

Isto usa um meio de gravação
ainda mais estável termicamente,

cuja resistência magnética
é momentaneamente reduzida

aquecendo um local específico
com um laser

e permitindo a gravação dos dados.

Embora estas unidades ainda estejam
numa fase de protótipos

os cientistas já têm na manga
um próximo truque:

os meios com padrões de "bits"

em que as localizações de "bits"
são organizadas em estruturas separadas,

com uma nanodimensão,

permitindo potencialmente
densidades de áreas

com 3 "terabits" por cm2
ou mais.

Assim, é graças aos esforços conjuntos
de gerações de engenheiros,

de cientistas de materiais

e de físicos quânticos

que este instrumento,
de potência e precisão incríveis

pode girar na palma da nossa mão.