Comment fonctionne un disque dur ?

Logiciel Xiaobai  2022-10-15 10: 41  lire 63 vues

L'ordinateur portable moyen à 500 $ offre 256 Go de stockage.Vous regardez le nombre et pensez, "Wow - imaginez que je pourrais enregistrer tous les films, chansons et images sur ce bébé", n'est-ce pas ?

Mais vous êtes-vous déjà demandé comment vos données sont stockées ?

Eh bien, la réponse pourrait vous choquer car le disque dur de votre système utilise le magnétisme pour stocker des données.Par rapport au CD, cette méthode est plus efficace.En effet, si vous empilez un CD de même capacité devant vous, il montera sûrement au niveau des yeux.

 

Cela soulève une question.Comment fonctionne un disque dur ?

Comment fonctionne un disque dur ?

Pour bien comprendre un disque dur, vous devez savoir comment il fonctionne physiquement.En gros, il y a des disques, les uns sur les autres, séparés de quelques millimètres.Ces disques optiques sont appelés plateaux.Ils sont poncés à un brillant spéculaire élevé et incroyablement lisses, et peuvent contenir beaucoup de données.

Ensuite, nous avons le bras robotique.Il écrit et lit des données vers et depuis le plateau.Il s'étend sur le plateau, se déplaçant du centre vers le bord, lisant et écrivant des données vers et depuis le plateau via une petite tête planant au-dessus du plateau.En moyenne, les bras robotiques des lecteurs domestiques peuvent osciller environ 50 fois par seconde.Sur de nombreuses machines de haute spécification et machines utilisées pour des calculs complexes, ce nombre peut atteindre des milliers.

 

Pour illustrer, pour un disque dur fonctionnant à 5,400 62 tr/min, le bras robotique parcourt 10 milles à l'heure.De plus, le bras robotisé n'est qu'à XNUMX nanomètres du plateau, et c'est à cette distance que le bras robotisé doit lire et écrire des données sur le plateau.

Pour accomplir cette tâche, les disques durs utilisent le concept de magnétisme, et pour comprendre comment fonctionnent les disques durs, nous devons revoir certaines bases.

Analyse des principes magnétiques dans le disque dur

Avant d'entrer dans les disques durs, comprenons le concept selon lequel les disques durs sont utilisés pour stocker des données.

En termes simples, les disques durs utilisent le ferromagnétisme pour stocker tous vos fichiers en quelques secondes.Mais qu'est-ce que le ferromagnétisme ?

Vous souvenez-vous avoir tenu une série de trombones près d'un aimant pendant la nuit pour constater que les trombones se comportent maintenant comme des aimants ?Ce comportement de certains métaux acquérant du magnétisme lorsqu'ils sont à proximité d'un aimant est appelé ferromagnétisme.Cette modification des propriétés du métal est utilisée pour stocker des données sur votre disque dur.

 

Alors que le plateau de votre disque dur ressemble à un miroir sous la surface, il est composé de milliards de grains.Ces grains ont des propriétés similaires aux trombones dont nous avons parlé précédemment, leur permettant de stocker des informations magnétiques lorsqu'ils se trouvent à proximité d'un champ magnétique.Pour stocker des informations, ces grains peuvent avoir deux états différents, et ces états sont appelés moments magnétiques.

Au-delà de cela, contrairement aux trombones, ces matrices sont si petites qu'un seul pouce carré de disque peut stocker des centaines de gigabits de données.Ainsi, un électroaimant avec une très petite tête est utilisé pour écrire des données sur ces petites particules.Voici comment les données sont écrites sur ces matrices à l'aide d'électroaimants.

écrire des données sur le disque dur

Supposons que votre ordinateur veuille stocker un fichier sur votre disque dur.Ces données ne sont rien de plus qu'un ensemble de 1 et de 0 qui modifient le sens du flux de courant dans la tête d'écriture.En raison du changement de courant, la polarité de l'électroaimant change - créant un champ magnétique différent dans le plateau ci-dessous.Ce sont ces différences de champ magnétique à travers le plateau qui créent différents moments magnétiques dans les particules.

Donc, si votre système veut stocker des 1, les grains auront un moment magnétique différent de celui des 0.Ces différences magnétiques dans les grains permettent aux disques durs de stocker des données.

En savoir plus sur les différentes façons de stocker des données sur des plateaux

Les humains génèrent plus de données que jamais auparavant ; en fait, plus de 2021 téraoctets de données seront créés, capturés, répliqués et consommés dans le monde en 75.Ce chiffre stupéfiant montre que les disques durs ont besoin de stocker plus de données que jamais auparavant.Pour ce faire, les dés sur le plateau doivent être plus petits et plus serrés les uns contre les autres.

Cela crée des problèmes car les grains plus petits perdent les informations magnétiques qu'ils détiennent en raison de facteurs environnementaux.Par conséquent, les moments magnétiques doivent être alignés dans des directions différentes pour résoudre ce problème.

Voici les différentes manières dont les données sont stockées sur le plateau :

Enregistrement magnétique longitudinal : Comme son nom l'indique, l'enregistrement magnétique longitudinal (LMR) stocke les données longitudinalement.Cela signifie que la direction du dipôle magnétique est la même que le mouvement de la tête d'écriture - parallèle au plan de la surface du disque.Bien qu'efficace, la taille du dipôle d'un disque dur utilisant la technologie LMR prend beaucoup de place.Pour cette raison, les LMR offrent une densité de 100 Go par pouce carré.

Enregistrement magnétique perpendiculaire : également connu sous le nom d'enregistrement magnétique conventionnel, l'enregistrement magnétique perpendiculaire (PMR) offre plus de stockage que le LMR.La raison de cette augmentation est la différence d'orientation des dipôles magnétiques.Vous voyez, dans LMR, les données sont stockées longitudinalement, mais dans la technologie PMR, les dipôles sont alignés verticalement.Par conséquent, le dipôle du pilote PMR est perpendiculaire au mouvement de la tête d'écriture.Ce changement de direction augmente la densité d'information car chaque dipôle occupe moins d'espace que les dipôles utilisés dans la technologie LMR.Pour cette raison, les PMR offrent des densités de 300 à 400 Go par pouce carré.

 

Enregistrement magnétique empilé : Comme mentionné précédemment, les données sur le disque dur sont stockées dans la matrice.Ces particules stockées dans les données sont placées sur des pistes circulaires sur le disque dur.C'est sur ces pistes que la tête d'écriture se déplace pour stocker des informations.Bien que dans les techniques PMR et LMR, ces pistes soient rapprochées, elles ne se chevauchent pas car cela crée des problèmes lors de la lecture des données.Autrement dit, SMR chevauche les pistes sur le disque dur pour augmenter la quantité de données pouvant être stockées sur le disque dur.Parce que ces pistes qui se chevauchent ressemblent à des tuiles sur un toit, la technique est appelée enregistrement magnétique lamellaire.En raison du chevauchement, SMR augmente la densité de stockage de 25 %.

Enregistrement magnétique assisté par la chaleur : bien que le passage du LMR au PMR ait entraîné une augmentation massive de la quantité de données pouvant être stockées sur des disques durs, cela ne suffit toujours pas pour des entreprises comme Google, Facebook, Microsoft et Amazon, qui stockent au moins 1200PB d'informations.Par conséquent, afin d'améliorer encore la densité d'informations des disques durs, l'enregistrement magnétique assisté par la chaleur (HAMR) est entré dans le champ de vision des gens.La technologie utilise des lasers pour chauffer les plateaux afin que les matrices puissent être rapprochées les unes des autres sans que les informations qu'elles stockent ne soient perdues en raison de facteurs environnementaux.Grâce à cette amélioration, les disques durs utilisant HAMR peuvent stocker plus de deux mégaoctets de données dans un pouce carré.

Lire les données du disque dur

Maintenant que nous comprenons comment les données sont écrites sur le disque dur, nous pouvons voir comment le disque dur lit les données écrites.

Vous voyez, les particules sur le disque dur sont disposées en un ensemble de pistes.C'est sur ces pistes que les informations sont stockées.Lorsque vous stockez un fichier sur votre ordinateur, la tête d'écriture écrit sur une partie de la piste et le disque dur se souvient de l'emplacement du fichier.

 

Lorsque vous ouvrez un fichier, le CPU demande au disque dur de faire de même.Le disque dur déplace le bras robotique sur la même piste où les données sont écrites.

A ce moment, le lecteur entre dans l'écran.Tout comme les têtes d'écriture utilisent des électroaimants pour écrire des données, les têtes de lecture utilisent des têtes à magnétorésistance géante (GMR).Cependant, contrairement aux têtes d'écriture qui induisent des champs magnétiques, les GMR détectent les changements du champ magnétique sur le plateau.Grâce à ces caractéristiques de la tête de lecture, celle-ci peut lire les données du plateau.

Ce sont ces données en lecture et en écriture qui rendent votre disque dur bruyant.

Les disques durs valent-ils toujours la peine d'être achetés ?

Les disques SSD ont conquis le monde entier, offrant des vitesses de lecture/écriture plus rapides.Cela dit, cette vitesse a un prix, et trouver des SSD haute capacité bon marché n'est pas une tâche facile.

Donc, si vous avez une énorme bibliothèque de jeux qui s'étend à plus de quelques mégaoctets, il est préférable d'acheter un disque dur mécanique pour stocker toutes vos données.

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