Tip:
Highlight text to annotate it
X
Khám phá bên trong ổ cứng
đầu kim chuyển động, motor và bề mặt láng bóng và các hệ thống xử lí tín hiệu
series 3 engineerguy videos
Máy tính gia đình là một công cụ mạnh mẽ nhưng dữ liệu nó có cũng phải ổn định thì hệ thống mới hoạt động tốt được, còn không thì nó cũng vô ích.
Chúng ta cùng xem bên trong một ổ cứng.
Thật tuyệt vời.
Đây là một ổ cứng thông thường, nhưng dĩ nhiên, nếu nhìn tỉ mỉ từng chi tiết thì thật đáng kinh ngạc.
Còn lúc này, tôi chắc rằng bạn biết được điều tinh tuý của ổ cứng rồi.
Dữ liệu được lưu trữ theo hệ nhị phân, nghĩa là chỉ có những con số 0 và 1.
Còn đây là \"cánh tay\" của ổ cứng có 1 đầu đọc.
Đầu đọc này có điện từ trường, có thể quét qua khắp bề mặt đĩa
và ghi dữ liệu bằng cách thay đổi từ tính của những vùng nào đó
trên bề mặt đĩa, hoặc là chỉ đọc dữ liệu mà thôi
bằng cách đo độ phân cực từ tính.
về nguyên tắc thì khá đơn giản
nhưng thực tế lại khác, cần phải chế tác rất công phu
điều quan trọng là phải đảm bảo đầu đọc có thể đọc thật chính xác
không gặp lỗi
khi đọc và ghi dữ liệu vào đĩa
Công việc đầu tiên là phải điều khiển được cánh tay
để định vị cánh tay, các kỹ sư dùng bộ kích cuộn dây thanh âm \"voice coil actuator\"
Phần gốc của cánh tay được cố định giữa 2 nam châm từ cực trường mạnh
đến nỗi bạn không thể tách 2 nam châm này ra được.
Nhìn đây
Cánh tay di chuyển được nhờ lực Lorentz
dòng điện chạy qua một sợi dây ở bên trong từ trường
và sợi dây sẽ nhận được 1 lực
chuyển ngược lại dòng điện và cũng chuyển ngược lại lực
Khi dòng điện chạy 1 chiều trong cuộn dây, lực
được tạo ra bằng cách từ trường tạm sẽ đẩy cánh tay chuyển động theo 1 hướng
và dòng điện chuyển đổi dòng sẽ khiến cánh tay chuyển động ngược lại
Lực trên cánh tay được điều khiển trực tiếp, tương xứng với dòng điện
qua cuộn dây
cho phép cánh tay luôn nằm đúng vị trí
Không giống với một hệ thống cơ học đòn bẩy
hệ thống cơ của ổ cứng được tinh giản cực kỳ và nó không chịu tác động nhiều về nhiệt.
Ở cuối cánh tay là thành phần cực kỳ quan trọng: đầu đọc
Nói đơn giản nhất, nó là một chất liệu bằng sắt từ có dây bọc quanh
khi nó di chuyển qua các vùng từ tính trên mặt đĩa
nó đo lại các thay đổi theo hướng của các lỗ từ tính.
Bạn có nhớ định luật Faraday: khi từ trường thay đổi
thì sinh ra một lực điện động quanh tụ
nên khi đầu đọc dò qua một vùng nơi có phân cực
vừa thay đổi, nó ghi lại 1 xung điện áp
các xung này, xét về âm lẫn dương, đều đại diện cho chỉ số 1
và nơi nào không có điện áp thì đầu đọc ghi lại chỉ số 0
Đầu đọc rà rất gần bề mặt đĩa
các ổ cứng cũ, khoảng cách này chỉ 100nm nhưng
các ổ cứng mới hiện nay, thì khoảng cách này chỉ 10nm
khi đầu đọc càng gần mặt đĩa, vùng từ trường ít hơn
nên cho phép càng nhiều vùng
chứa thông tin được phân bổ trên bề mặt đĩa
để có được khoảng cách rất sát như vậy, các kỹ sư dfung một phương pháp rất độc đáo
họ \"thả trôi\" đầu đọc trên mặt đĩa
Như bạn thấy, khi đĩa quay, nó tạo một lớp không khí ở vùng biên
và kéo đầu đọc ra ngoài với tốc độ 129km/giờ ở vùng ngoài
đầu đọc được thiết kế để \"lái\" trên bề mặt khí động học này
Điểm độc đáo của công nghệ dựa trên không khí này là cách nó tự điều chỉnh điện cảm
Nếu có bất cứ ngoại lực nào làm đầu đọc quá cao, thì nó tự trở lại vị trí ban đầu
Còn lúc này, vì đầu đọc quá gần so với bề mặt đĩa
nên bất kỳ phân tử nào \"đi lạc\" cũng có thể làm tổn hại đến mặt đĩa, gây mất dữ liệu
Vì thế, các kỹ sư đặt bộ lọc tuần hoàn này vào luồng không khí
để lọc các phân tử nhỏ trôi nổi trên bề mặt
để giữ cho đầu đọc \"bay\" ở đúng chiều cao để giúp bề mặt đĩa luôn phẳng mượt
Thực tế, bề mặt này rất phẳng, độ gồ ghề chỉ ở khoảng 1nm
Để bạn biết được bề mặt này phẳng như thế nào, ta cùng tưởng tượng ra khi phóng lớn vùng này
ở kích thước khoảng bằng 1 sân bóng
độ \"nảy\" trung bình trên bề mặt chỉ khoảng 3/100 của 1 inch.
yếu tố chính của đĩa này là lớp từ tính
làm bằng hợp chất coban, là hỗn hợp giữa platinum và kềm
nên hỗn hợp kim loại này có độ kháng từ rất cao
điều này có nghĩa là đĩa sẽ duy trì được từ tính, do đó dữ liệu vẫn giữ nguyên được cho đến khi có một trường từ tính khác tác động.
Điều cuối cùng mà tôi thấy ổ cứng hết sức thú vị:
ứng dụng toán học để \"nhồi\" thêm đến 40% dữ liệu lên đĩa
Bạn hãy xét thử chuỗi lỗ từ tính này trên bề mặt đĩa 0-1-0-1-1-1-1
Đầu đọc quét qua có thể cho ra được những xung điện rõ ràng
cả xung dương lẫn xung âm đều có giá trị là 1
Chúng ta dễ dàng phân biệt với chuỗi tương tự này
nếu chúng ta so sánh chúng thì sẽ thấy khác biệt rõ ràng
Dù vậy, các kỹ sư luôn tìm cách dồn nhiều dữ liệu hơn lên ổ cứng
Một cách để làm điều này là thu nhỏ các vùng từ tính
nhưng bạn hãy xem điều gì xảy ra với xung điện khi làm điều đó
Ở mỗi chuỗi thì xung điện của giá trị 1 chồng lên
và tạo thành chuỗi ký hiệu mờ mờ
thực chất, 2 chuỗi này trông rất giống nhau
Sử dụng 1 kỹ thuật gọi là Partial Response Maximum Likliehood, các kỹ sư đã phát triển
những mã phức tạp để có thể xử lý được tín hiệu mờ mờ như thế
để cho ra được các chuỗi khả thi và chọn ra được chuỗi nào có giá trị đúng nhất.
Với thành công về mặt công nghệ, những ổ cứng ngày nay vẫn ít được chú ý đến trong những công việc đời thường
trừ khi nó gặp trục trặc.
Tôi là Bill Hammack, kỹ sư.