Tip:
Highlight text to annotate it
X
Nedplockning av hårddisk
flying heads, talspolsmotorer, otroligt släta ytor och signalbehandling
serie 3 engineerguy-videor
En hemdator är ett kraftfullt verktyg, men den måste lagra information tillförlitligt för att fungera ordentligt, annars är den ganska värdelös.
Låt oss titta i den och se hur den lagrar information.
Se där: Den är underbar.
Det är en helt vanlig hårddisk, men dess detaljer är förstås ovanliga.
Jag är säker på att du redan vet grunden för en hårddisk:
Vi lagrar information på den i binär form - ettor och nollor.
Den här armen stöder ett \"huvud\"
vilket är en elektromagnet som genomsöker disken
och antingen skriver information genom att ändra magnetiseringen på specifika sektioner
på disken eller så läser den bara information
genom att mäta den magnetiska polarisationen.
Den är i princip ganska simpel,
men i praktiken mycket avancerad ingenjörskonst.
Huvudfokuset ligger på att vara säker på att huvudet kan precist
felfritt
läsa och skriva på disken.
Det första att göra är att flytta den mycket kontrollerat.
För att positionera armen använder ingenjörer ett \"talspolsställdon\".
Armens fäste sitter fast mellan två kraftiga magneter.
De är så starka att de faktiskt är ganska svåra att dra isär.
Så.
Armen rör sig med Lorentzkraft.
För ström genom en kabel som är i det magnetiska fältet
och kabeln kommer att utsättas för en kraft;
omvänd strömmen så omvänds även kraften.
När ström förs i en riktning i spolen så kommer
kraften som är skapad av den permanenta magneten att få armen att flytta åt det här hållet,
omvänd strömmen så kommer den att flytta tillbaka.
Kraften på armen är direkt proportionerlig till strömmen
som går genom spolen vilket tillåter
armens position att finjusteras.
Till skillnad från ett mekaniskt system av länkningar så
är det minimalt med slitage och det är inte temperaturkänsligt.
I änden av armen finns den viktigaste komponenten: Huvudet.
Enkelt beskrivet är det en bit ferromagnetiskt material lindad med kabel.
När det passerar över de magnetiserade sektionerna på disken
så mäter det skillnader i riktningen på de magnetiska polerna.
Kom ihåg Faradays lag: En ändring i magnetisering
producerar en spänning i en närliggande spole.
Så, när huvudet passerar en sektion där polariteten
har ändrats så registreras en spänningstopp.
Topparna - både negativa och positiva - representerar en \"etta\"
och ingen spänningstopp motsvarar en \"nolla\".
Huvudet kommer förvånansvärt nära diskens yta
100 nanometer i gamla hårddiskar, men idag kommer de ner under
tio nanometer i de nyaste.
När huvudet kommer närmare disken så kommer dess magnetfält
att täcka en mindre yta, vilket tillåter fler sektioner
av information att packas på diskens yta.
För att hålla det kritiska avståndet så använder ingenjörer en genial metod:
De \"flyter\" huvudet över disken.
Du förstår, när disken snurrar så formar den ett gränslager av luft som
dras förbi det stationära huvudet i 130 kilometer i timmen på den yttre kanten.
Huvudet åker på ett \"reglage\" som är aerodynamiskt designat för att flyta ovanför disken.
Det genialiska med denna luftbärande teknologi är dess självförvållade justering:
Om någon störning orsakar att reglaget stiger för högt så \"flyter\" det tillbaka till där det borde vara.
Eftersom huvudet är så nära diskytan
kan förflugna partiklar skada disken vilket resulterar in att man tappar information.
Så, ingenjörer placerar detta cirkulerande filter i luftflödet;
det tar bort små partiklar som skrapats av från disken.
För att hålla huvudet flygande på rätt höjd gör man disken otroligt slät:
Oftast är den här disken så slät att den har en ytjämnhet på ungefär en nanometer.
För att visa dig hur jämn ytan är så kan vi tänka oss att den här sektionen förstoras
tills den är lika lång som en fotbollsplan - amerikansk eller internationell -
och en genomsnittlig ojämnhet på ytan skulle då vara ungefär tre hundradels tum.
Huvuddelen av disken är det magnetiska lagret,
vilket är kobolt - möjligtvis blandat med platina och nickel.
Den här blandningen av metaller har hög koercivitet,
vilket betyder att den kommer att upprätthålla magnetiseringen - och då även informationen - tills den utsätts för ett annat kraftfullt magnetfält.
En sista sak som jag tycker är enormt smart:
Att använda lite matte för att trycka in upp till fyrtio procent mer information på disken.
Betrakta denna sekvens av magnetiska poler på diskens yta - 0-1-0-1-1-1.
En avsökning av huvudet kommer att avslöja dessa distinkta spänningstoppar -
både positiva och negativa för \"ettorna\".
Vi skulle enkelt kunna särskilja det from, exempelvis, denna liknande sekvens.
Om vi jämför dem så är de tydligt olika.
Ingenjörer arbetar dock alltid med att få mer och mer information på hårddisken.
Ett sätt att göra detta är att minska de magnetiska områdena,
men titta vad som händer med spänningstopparna när vi gör det.
För varje sekvens så överlappar nu ettornas toppas varandra och
överlagrar vilket ger oklara signaler.
De två sekvenserna ser nu faktiskt väldigt lika ut.
Genom att använda en teknik som kallas Partial Response Maximum Likliehood har ingenjörer utvecklat
sofistikerade koder som kan ta dunkla signaler som denna,
generera de möjliga sekvenserna som kan vara grund för signalen och sedan välja den mest sannolika.
Likt all framgångsrik teknik, så fortsätter dessa hårddiskar att vara obemärkta i våra dagliga liv,
om inte något går fel.
Jag är Bill Hammack, ingenjörskillen.