Tecnologia

Come funzionano i dischi fissi?

Immaginate un aeroplano che viaggia ad 1 mm dal suolo e che svolge un intero giro della terra ogni 25 secondi, contando ogni filo d’erba che vede. Se ora immaginate anche di ridurre il tutto alle dimensioni di un palmo di mano avrete quello che succede in un disco fisso moderno. In questo video di Ted-Ed vengono spiegati i principi e le tecnologie che permettono di racchiudere in uno spazio estremamente piccolo enormi quantità di informazioni. 

Un disco fisso è formato da una serie di dischi in grado di girare ad altissima velocità, sui quali scorre lettore magnetico. Ogni disco è ricoperto da uno strato di granuli di metallo magnetizzati dalle dimensioni microscopiche. questi grani di metallo sono raggruppati in piccoli gruppi che possiedono lo stesso orientamento magnetico, chiamati bit. In base alla direzione del campo magnetico i bit vengono quindi identificati da uno di due possibili stati, interpretati come 0 e 1.

I dati vengono registrati sul disco grazie ad un magnete posizionato sulla testina che scorre sul disco, questo magnete è in grado di generare un campo magnetico localizzato in gradi di modificare l’orientamento magnetico dei bit sui quali scorre. Su questa stessa testina è anche localizzato un lettore magnetico che traduce l’orientamento magnetico dei bit in 0 ed 1. Com’è possibile però ottenere tutte le informazioni che possiamo utilizzare in un computer da una semplice sequenza di 0 ed 1? La risposta è utilizzandone molti assieme.

Ogni lettera dall’alfabeto può essere descritta dalle combinazioni di 0 ed 1 ricavate da 8 bit, una foto normale arriva ad utilizzare ben 8 milioni di bit (8 megabyte). Ogni bit deve quindi essere presente in uno spazio fisico definito del disco fisso per poter essere registrato, per questo motivo si è cercato sempre più di aumentare il numero di bit che è possibile mantenere in un determinato spazio arrivando alla densità attuale di 600 Gigabits/pollice quadrato di superficie, 300 milioni di volte superiore alla densità del primo hard drive della IBM che era di solo 0.00002 Gigabits/pollice quadro, realizzato nel 1957.

Questo progresso è il risultato di una serie di innovazioni susseguitesi del tempo. Tra le più importanti vi è stata nel 1980 con il processo di litografia a superficie sottile, che ha permesso di ridurre di molto le dimensioni del lettore e scrittore del disco fisso. Inoltre successive scoperte sugli stati quantici della materia hanno permesso di rendere più sensibili questi lettori. Lo sviluppo di algoritmi matematici ha inoltre permesso di decifrare i segnali magnetici di bit molto più compatti. L’espansione termica controllata ha aumentato molto la sensibilità dei lettori e scrittori, permettendo di ottenere una distanza tra lettore/scrittore e disco di soli 5 nm (due volte il diametro di una doppia elica di DNA).

Per un certo periodo di tempo l’aumento delle capacità di memoria dei dischi fissi è cresciuta esponenzialmente ogni 2 anni, come era stato predetto dal co-fondatore della Intel Gordon Moore nella omonima legge di Moore. Arrivati però alla densità di 100 Gigabits/pollice quadro il problema dell’effetto super-paramagnetico si è presentato; quando infatti un gruppo di magneti è troppo piccolo, questo rischia di essere influenzato dal magnetismo vicino e rischia di modificare il suo stato magnetico, portando ad una perdita di informazione.

Questo problema è stato risolto cambiando l’orientamento dei magneti da orizzontale rispetto alla rotazione del disco a verticale, permettendo di raggiungere un massimo di 1 Terabit/pollice quadro, grazie anche all’utilizzo di un laser che riscalda il disco in maniera localizzata facilitando l’induzione magnetica. Esistono inoltre nuovi modelli di dischi fissi ancora in sviluppo che permetterebbero di raggiungere densità di 20 Terabit/pollice quadro. Tutto questo ci serve a ricordare come grazie agli sforzi di diverse generazioni di scienziati, ingegneri ed informatici che oggi siamo arrivati poter tenere nel palmo di una mano strumenti così potenti e precisi.