How do hard drives work? - Kanawat Senanan - YouTube

المترجم: Omar Aljubbah المدقّق: Samar Mohamed Alanazi

تخيل طائرة تطير بارتفاع واحد ميلي متر عن سطح الأرض

وتدور حول الكرة الارضية مرة كل 25 ثانية

وهي تقوم بعدّ كل عشبة على الأرض.

قلص كل ذلك بحيث يصبح بحجم كف يدك،

وستملك شيئا مشابها لقرص صلب حديث ،

جهاز يمكنه امتلاك معلومات اكبر من معلومات مكتبتك الشخصية

إذاً، كيف يخزن الكثير من المعلومات في مساحة صغيرة ؟

في داخل كل قرص صلب هناك مجموعة من الأقراص سريعة الدوران

مع رأس تسجيل فوق كل قرص .

كل قرص مغطى بحبيبات مجهرية من المعدن الممغنط ،

ومعلوماتك لاتوجد في القرص بشكل تستطيع ملاحظته،

بل إنها مسجلة بأسلوب مغناطيسي

تُشكلها مجموعة من هذه الحبيبات الصغيرة

كل مجموعة تعرف باسم "بت" ،

كل الحبوب تملك حالة مغناطيسية

وتمتلك حالة من حالتين ممكنتين ،

والتي تفسر إلى واحد أو صفر .

المعلومات تكتب على القرص

بتحويل سلسلة من البتات (مجموع بت) إلى تيارات كهربائية

والتي تحول لحقل كهرومغناطيسي .

هذا الحقل قوي كفاية لتغير اتجاه

حالة الحبيبة المغناطيسية .

بمجرد أن يتم كتابة هذه المعلومة على القرص ،

القرص يملك قارئ مغناطيسي ليستطيع ارجاع الحالة المغناطيسية لشكل مفهوم،

كما تقوم ابرة الفونوغراف بإخراج موسيقى من الاحتكاك بالقرص.

ولكن كيف يمكننا استخلاص معلومات كثيرة من مجرد واحدات واصفار ؟

الجواب هو: بوضع سلسلة طويلة منهم.

كمثال، فإن الحرف يمثل بثمانية بتات او مايسمى بايت،

ومتوسط حجم صورتك هو بضعة ميغا بايت،

كل ميغابايت هو ثماني مليون بت.

ولأن كل بت يجب ان يكتب على مساحة فيزيائية على القرص

نحن نحاول دائما بتوسيع كثافة القرص.

أو زيادة عدد البتات التي نستطيع حشرها في إنش مربع.

كثافة القرص الحديث هي 600 غيغا بت في الإنش الواحد،

أي أكبر بـ 300 مليون مرة من أول قرص انتجته شركة IBM في عام 1957.

هذا التقدم المدهش في السعة

لم يُنتج بعملية تصغير الاشياء فحسب

بل بانتاج عدة اختراعات.

تقنية تسمى "thin film lithography process"

تسمح للمهندسين بتصغير حجم القارئ والكاتب.

يغض النظر عن حجمه، فإن القارئ أصبح أكثر حساسية

وذلك بالاستفادة من الاكتشافات الجديدة في المغناطيسية وخصائص علم الكم .

والبتات استطاعت ان تخزن بشكل متقارب من بعضها بسبب الخوارزميات الرياضية

والتي ترشح الضجيج الناتج من تداخل الحقول المغناطيسية

وأيجاد اكثر سلسلة بتات متكررة من كل شريحة معادة القراءة.

والتحكم بالتمدد الحراري لرأس القارئ والكاتب،

وذلك بوضع مسخن تحت الكاتب المغناطيسي،

وذلك يسمح له بالتحليق فوق سطح القرص بارتفاع 5 نانوميتر

وهو تقريباً عرض سلسلتان من الحمض النووي.

في العقود الماضية،

معدل نمو المساحة وقدرة المعالجة الحاسوبية

تبعت نمط يسمى بقانون موري.

والذي تنبأ في 1975، بإن كثافة المعلومات ستتضاعف كل سنتين.

ولكن بما يقارب 100 غيغا بت في الإنش

بتقليص حجم الحبوب المغناطيسية او بجعلهم أقرب لبعضهم

ظهرت مشكلة جديدة تسمى "superparamagnetic effect"

عندما يكون حجم الحبة صغير جداً،

إن مغناطيستها تتشوه بسهولة عن طريق الطاقة الحرارية

وقد تسبب تغير قيمة البت بشكل غير مقصود.

والذي يسبب فقدان المعلومات.

الباحثون قامو بحل هذه المشكلة بطريقة بسيطة ملفتة للنظر :

بتغير اتجاه التسجيل من شكل طولي إلى شكل عمودي،

مما سمح بالوصول إلى كثافة واحد تيرا بت بالإنش المربع.

ومؤخراً، ارتفع الحد مرة أخرى

وذلك من خلال التحكم الحراري بالتسجيل المغناطيسي.

مما يجعل التسجيل أكثر استقراراً

حيث أن المقاومة المغناطيسة قد انخفضت

وذلك بتسخين البقعة المراد التخزين فيها بليزر

والسماح للمعلومات بأن تكتب.

وطالما أن هذه الاقراص مازالت في مرحلة التجربة،

الباحثون لديهم خطوة اضافية متوفرة بين يديهم:

البتات المنقوشة

حيث يتم ترتيب المواقع في هياكل نانونية البنية،

والذي يسمح بكثافة حول عشرين تيرابت في الإنش المربع

أو أكثر.

إذاً، الشكر لجهود المهندسين المتراكمة عبر العقود،

علماء المواد،

وفيزيائين الكم

على هذه الأداة المدهشة القوة والدقة

التي يمكن ان تعمل وتدور في راحة كفك.