你知道硬盤是如何工作的嗎？

想象一架飛機(jī)以離地面1毫米的高度飛行，每25秒繞地球一圈，還能覆蓋每一寸表面。再將其縮小成手掌大小，你就會(huì)得到和現(xiàn)代硬盤差不多的東西，它所包含的信息比你們當(dāng)?shù)貓D書館還要多。那么它是如何在這么小的空間儲(chǔ)存這么多的信息呢？

在每個(gè)硬盤的中心都有大量高速旋轉(zhuǎn)的磁盤,每個(gè)磁盤的表面都有高速掃過的記錄磁頭。每個(gè)磁盤上都覆蓋著一層薄薄的微小的磁化金屬粒，數(shù)據(jù)以一種肉眼無法分辨的形式存在。

很多組微小顆粒形成的磁化圖案記錄形成了數(shù)據(jù)。每一組，又稱之為比特（bit），所有微粒都按照自身的磁性排列形成兩種狀態(tài)之一，對(duì)應(yīng)0或者1。將比特信息通過電磁鐵轉(zhuǎn)換成電流，數(shù)據(jù)就能被讀寫在硬盤上。這塊磁鐵會(huì)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大磁場(chǎng)，足以改變金屬微粒的磁性。當(dāng)信息寫入磁盤，驅(qū)動(dòng)使用磁讀取器將其還原成有意義的形式，類似于留聲機(jī)針將唱片紋路轉(zhuǎn)化成音樂。但是你是怎么從0和1得到這么多信息的呢？其實(shí)是將很多很多個(gè)0和1組合在一起。例如，一個(gè)字節(jié)（byte），即8比特可以代表一個(gè)字母，你平均每張相片有好幾兆字節(jié)，每一兆字節(jié)相當(dāng)于800萬比特。由于每一比特必須寫在磁盤的實(shí)體表面上，

所以我們總在尋求方法增加磁盤磁錄密度，或者說是增加每平方厘米能塞下的比特?cái)?shù)?，F(xiàn)代硬盤的磁錄密度大約是每平方厘米93千兆比特，是1957年IBM第一款硬盤的3億倍。儲(chǔ)存容量的巨大提升不僅僅是歸因于將所有東西縮小，而是包含了許多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)。一種稱之為薄膜光刻的技術(shù)使得工程師們可以縮小讀寫器。除了尺寸，利用物質(zhì)磁性和量子特性上的新發(fā)現(xiàn)可以讓讀取器變得更加敏感。數(shù)學(xué)算法的出現(xiàn)可以讓比特被更緊湊地排列在一起能過濾電磁干擾產(chǎn)生的噪音，并且能從大量回讀信息中，找到最有可能的比特順序。磁頭熱膨脹的控制是通過在磁性記錄器下面放上一個(gè)加熱器，使其能懸于磁盤表面5納米以內(nèi)，大約是兩條DNA鏈的寬度。

在過去的數(shù)十年，電腦儲(chǔ)存容量及性能的大幅度增長(zhǎng)遵循著一種模式，稱為“摩爾定律”，這一定律于1975年預(yù)測(cè)信息密度每?jī)赡陼?huì)增長(zhǎng)一倍。但是若每平方厘米超過15.5千兆，繼續(xù)縮小磁性顆粒，或者將它們?nèi)酶o，則會(huì)導(dǎo)致“超順磁效應(yīng)”。即當(dāng)磁粒體積過小，它的磁性很容易受到熱能干擾，導(dǎo)致比特的朝向發(fā)生混亂，從而引起數(shù)據(jù)丟失?？茖W(xué)家們采用了一種非常簡(jiǎn)單的方法解決了這個(gè)問題：將磁記錄方向由水平改為垂直，這使得磁錄密度增加到接近每平方厘米0.155太（1000千兆）字節(jié)。最近，通過熱輔助磁記錄技術(shù)，磁錄密度又提升了。這種技術(shù)采用了一種熱穩(wěn)定記錄介質(zhì)，通過在局部進(jìn)行激光加熱來短暫減小磁阻力，從而實(shí)現(xiàn)寫入數(shù)據(jù)。盡管這些驅(qū)動(dòng)磁盤還處于原型階段，

科學(xué)家們已經(jīng)又玩出了新花樣：位元規(guī)則媒介，比特對(duì)應(yīng)的位置被安置于獨(dú)立的納米大小的結(jié)構(gòu)，潛在地實(shí)現(xiàn)了磁錄密度至每平方厘米3.1太字節(jié)，甚至更多。多虧了一代又一代工程師、材料科學(xué)家，還有量子物理學(xué)家們的共同努力，這個(gè)擁有不可思議的能量，無比精確的小工具才能在你手掌中旋轉(zhuǎn)。