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硬碟如何運作？- Kanawat Senanan

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    想像一架飛機在
    離地一毫米的高度飛行
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    每 25 秒繞行地球一周
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    同時細數地面上每一根小草
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    把這些縮小到你掌心大小
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    差不多即是現在的硬碟
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    一個比地方圖書館
    可能保存更多資訊的物品
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    以如此小的空間
    是如何儲存這麼多的資料呢 ?
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    每個硬碟的核心
    是一疊高速旋轉的磁片
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    磁片的每一面都有個
    飛越其上的記錄磁頭
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    每個磁片上都濺鍍一層
    極微小的磁性金屬顆粒
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    資料是以一種你無法辨識的形態存在
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    事實上，資料是由那些成群的
    細小顆粒所形成的磁化模式來記錄
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    每一個群組，也就是所謂的「位元」
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    所有的顆粒都有它們的磁化排列
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    以兩種可能狀態之一呈現
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    也就是 0 和 1
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    數據寫入磁片中
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    是藉由通過電磁鐵
    將一連串的位元轉換為電流
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    這個電磁鐵產生一個強大的磁場
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    足以改變金屬顆粒的磁化方向
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    一旦資料被寫入磁片
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    磁碟機會用一個磁性的「讀頭」
    將其轉換回可用的模式
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    就像留聲機的唱針
    將唱片紋路轉為音樂
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    但是怎樣從僅僅是 0 和 1
    就能得到這麼多資訊呢？
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    把它們湊在一起就可以了
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    例如，用「1 位元組」
    或「8 位元」表示一個字母
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    你一般的照片是幾百萬位元組
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    一個「百萬位元組」是八百萬位元
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    因為每個位元
    必須寫在磁片的實體位置上
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    所以我們總是致力於
    增加磁片的儲存密度
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    或是在一平方英吋可以塞進多少位元
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    現代硬碟的儲存密度差不多
    是每平方英寸 6000 億位元
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    比 1957 年 IBM 的
    第一個硬碟大 3 億倍
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    這儲存容量上的大躍進
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    並不只是把所有東西越做越小
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    而是導入許多的創新
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    一種稱為「薄膜微影技術」的製程
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    讓工程師們能將讀寫裝置縮小
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    儘管體積變小
    讀頭卻變得更加靈敏
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    這全賴物質的磁性與
    量子特性的新發現而獲益
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    位元也被壓縮地更密，
    且拜數學演算法之賜
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    能去除磁性干擾產生的雜訊
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    以及從每個回讀訊號
    理出最有可能的位元排序
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    而磁頭的熱膨脹控制
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    是在磁性寫頭下方放置一個加熱器
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    讓磁頭能以小於 5 奈米
    的高度懸飛於磁碟上方
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    差不多 2 串 DNA 的寬度
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    過去幾十年來
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    電腦的儲存容量及處理能力呈指數式成長
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    遵循 1975 年的「摩爾定律」模式的預測
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    亦即資訊密度每兩年將會倍增
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    但在每平方英吋 1000 億位元左右的密度
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    若繼續縮小磁性顆粒或將它們排得更緊密
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    會造成新的風險，稱為「超順磁性效應」
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    當磁性顆粒體積太小
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    它的磁化很容易受熱能干擾
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    使得位元在無意中轉換方向
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    造成資料遺失
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    科學家們以非常簡單的方法
    解決了這個限制：
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    將記錄的方向由
    「水平記錄」改成「垂直記錄」
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    讓儲存密度提升到
    每平方英吋 1 兆位元 ( 1 TB )
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    最近又透過「熱輔助磁性記錄（HAMR）」
    再度擴增其潛能
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    這方法是使用一個
    熱穩定性更好的記錄介質
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    在雷射加熱一個特定區域時
    其磁阻會暫時減小
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    使資料得以寫入
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    這種硬碟目前還只是在原型階段
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    但科學家已經有下一個錦囊妙計了
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    圖樣化磁紀錄技術 ( BPMR )
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    就是將數個位元排成
    一個個奈米大小的圖樣結構
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    可能使儲存密度提升到
    每平方英吋 20 兆位元
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    甚至更多
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    總之，歸功於世世代代的工程師、
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    材料科學家
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    和量子物理學家的共同努力
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    這既精密又能力超強的工具
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    能運轉於你的手掌之中
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    翻譯：Shang-Yung Sun
Title:
硬碟如何運作？- Kanawat Senanan
Speaker:
Kanawat Senanan
Description:

完整版：http://ed.ted.com/lessons/how-do-hard-drives-work-kanawat-senanan

現代的硬碟可以容納超過你當地圖書館的資訊，但它是如何在一個如此小的物體內儲存這麼大量的資料呢？Kanawat Senanan 將為我們詳細訴說世世代代的工程師、材料科學家、量子物理學家對這個神奇、精細工具之貢獻。

講解： Kanawat Senanan， 動畫:：TED-Ed
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:12

Chinese, Traditional subtitles

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