Cách dữ liệu được lưu trên ổ HDD

Trong ổ HDD, các dữ liệu của máy tính được lưu trên đĩa từ. Các dữ liệu trong máy tính được mã hóa dưới dạng nhị phân (gồm toàn 0 và 1). Các dữ liệu này được lưu trên HDD dưới dạng các kim loại mang từ cực nhỏ thông qua đầu ghi từ. Sau đó, khi cần đọc các dữ liệu này, đầu đọc từ sẽ lướt qua các dữ liệu và máy tính sẽ nhận được các tín hiệu là các dòng bit tương ứng.

IBM 305 RAMAC

Nguyên tắc lưu trữ trên đĩa cứng.

Trên bề mặt đĩa cứng trong HDD, người ta phủ một lớp các hạt kim loại mang từ cực nhỏ. Ban đầu, khi chưa lưu dữ liệu, các hạt này được sắp xếp không có hướng. Sau khi đầu ghi từ lướt qua để ghi dữ liệu, các hạt kim loại mang từ này trở thành có hướng.

Đầu đọc - ghi từ có cấu tạo giống một nam châm điện, gồm một lõi thép và một cuộn dây quấn quanh lõi thép. Đầu ghi từ ghi dữ liệu bằng cách thay đổi vị trí, hướng của vật liệu mang từ trên đĩa cứng. Đầu đọc từ đọc dữ liệu khi lướt qua các vật liệu mang từ đã được ghi dữ liệu từ trước.

Kho đầu đọc -  ghi của một ổ đĩa tạo ra một từ trường (như khi ghi đĩa), trường này chiếm khoảng cách giữa hai đầu của lõi thép chữ U. Bởi vì một từ trường truyền qua dây dẫn dễ dàng hơn truyền qua không khí, trường này uốn công ra phía ngoài từ khoảng cách ở đầu và thực tế sử dụng đĩa lưu trữ kề bên như đường dẫn nhất là đối với phần bên kia của khoảng cách. Khi từ trường này đi qua đĩa, nó phân cực các hạt kim loại cực nhỏ mang từ, nên các hạt này được sắp xếp theo hàng. Chiều phân cực của các hạt kim loại bị ảnh hưởng bởi hướng của dòng điện qua các cuộn dây. Khi dòng điện thay đổi hướng nó cũng làm từ trường thay đổi theo. Trong quá trình phát triển lưu trữ từ, khoảng cách giữa đầu đọc - ghi và đĩa đã giảm đáng kể. Khoảng cách này nhỏ lại cũng làm cho kích cỡ của miền từ tính nhỏ lại. Các miền từ tính càng nhỏ, mật độ lưu trữ dữ liệu càng tăng cao, dữ liệu sẽ lưu được nhiều hơn.

Khi từ trường đi qua đĩa cứng, các hạt kim loại mang từ cực nhỏ được sắp xếp theo hướng giống như từ trường tỏa ra. Các hạt kim loại mang từ này tự sinh ra từ trường, gọi là từ trường nội bộ.

Thuật ngữ flux (thông lượng) mô tả từ trường có một hướng hoặc phân cực cụ thể. Khi bề mặt của đĩa di chuyển bên dưới đầu từ ổ đĩa, đầu từ đó có thể tạo ra cái gọi là một thông lượng từ của một phân cực nhất định trong một khu vực cụ thể của đĩa. Khi dòng điện xuyên qua cuộn dây trong đầu bị đảo ngược, như thế là phân cực từ trường hoặc thông lượng từ trường trong khoảng cách đầu. Sự đảo ngược thông lượng này trong đầu từ là nguyên nhân sự phân cực của các hạt phân tử bị từ hóa trên đĩa.

Sơ lược về lịch sử lưu trữ bằng từ trường.

IBM 726 Tape Unit

Năm 1952, TBM công bố IBM 726 Tape Unit với máy tính phòng vệ IBM 710. Đánh dấu sự chuyển tiếp công nghệ lưu trữ từ các máy đục lỗ phiếu sang các máy tính điện tử.

Bốn năm sau, một nhóm các kỹ sư của IBM ở San Jose California, giới thiệu hệ thống lưu trữ ổ đĩa máy tính đầu tiên như là một phần của máy 305 RAMAC (Ramdom Access Method of Accounting and Control).

IBM 305 RAMAC

Ổ đĩa 305 RAMAC có thể lưu trữ tới 5 triệu ký tự (khoảng 5MB). Ổ đĩa có cấu tạo gồm 50 đĩa, mỗi đĩa có đường kính rất lớn, khoảng 24in. Các bit đơn vị được chứa tại mật độ chỉ 2Kbit/sq.in. Các đầu đọc của RAMAC có thể đọc bất kỳ vị trí nào trên đĩa mà không cần đọc lần lượt. Khả năng truy cập ngẫu nhiên có ảnh hưởng rất lớn trong thời điểm đó. Dữ liệu trên 305 RAMAC có khả năng lưu trữ và khôi phục nhanh hơn rất nhiều so với máy tính vận hành bằng băng từ.

Từ những ổ đĩa đầu tiên này, 50 năm sau ngành công nghiệp lưu trữ đã phát triển vượt bậc. Hàng chục TB dữ liệu được lưu trữ nhỏ gọn trong lòng bàn tay.