Các phép đo lường dung lượng và mật độ vùng

Tháng 12 năm 1998 International Electrotechnical Commission (IEC) tồ chức quốc tế hàng đầu về sự tiêu chuân hóa thế giới trong công nghệ điện được chấp thuận như một IEC International Standard mà các tên và biểu tượng tiếp đầu từ của các bội số nhị phân cho dùng trong lãnh vực xử lý dữ liệu và truyền dữ liệu.

Các phép đo lường dung lượng

Trước đó, nhiều nhầm lẫn tồn tại chẳng hạn như liệu một megabyte có phải là 1 triệu byte (10″) hay 1.048.576 byte (2:o). Tuy nhiên, những tiếp đầu ngữ mới này chưa được thừa nhận rộng rãi và nhầm lẫn vẫn tiếp tục. Những chữ viết tắt tiêu chuẩn công nghiệp cho các đơn vị được dùng để đo dung lượng 0 đĩa từ tính (hay ổ đĩa khác) như thể hiện trong bảng 1

Bảng 1: Các chữ viết tắt tiêu chuẩn và V nghĩa

Theo tiêu chuẩn tiền tố này, 1 mebibyte (1 MiB = 220 B = 1.048.576 B) và 1 megabyte (1MB =106 B = 1.000,000 B) không bằng nhau. Do những tiếp đầu ngữ này không được dùng rộng rãi (và chúng có thể không bao giờ được dùng). M trong hầu hết trường hợp có thể chi ra hệ thập phân hàng triệu byte (millions of bytes) và hệ nhị phân megabytes. Tương tự như vậy, G thường dùng để chỉ hệ thập phân hàng tỷ byte (billions of bytes) và hệ nhị phân gigabyte. Nói chung, các giá trị bộ nhớ được diễn đạt bằng cách dùng các giá trị nhị phân, mặc dầu dung lượng đĩa dùng cách này hay cách kia. Điều này dẫn đến lẫn lộn trong báo cáo các dung lượng đĩa bởi vì nhiều nhà sản xuất hướng sử dụng về giá trị nào làm sản phẩm họ trông tuyệt hơn. Cho thí dụ, các dung lượng ổ đĩa thường được tính hệ thập phân hàng tỷ (G – Giga) trong khi hầu hết chip BIOS và các tiện ích hệ điều hành, như là Windows FD1SK ước lượng cùng ổ đĩa này theo hệ nhị phân các gigabyte (Gi – Gibi). Cũng lưu ý rằng khi các bit và byte được dùng như thành phần của một số phép đo lường khác, sự khác biệt giữa các bit và byte thường bị phân biệt bởi việc sử dụng chữ b thường hay viết hoa B. Cho thí dụ, các megabit thường được viết tắt với một b thường, dẫn đến viết tát Mbps cho megabits per second, trong khi MBps cho biết megabytes per second.

Mật độ vùng

Mật độ vùng (Areal density) thường được dùng như một chi báo tốc độ phát triển công nghệ cho ngành công nghiệp ổ cứng. Mật độ vùng được định rõ như sản phẩm của các bit tuyến cho mỗi inch (BP1: bits per inch), được đo theo chiều dài của các rãnh ghi chung quanh đĩa, được nhân bởi số lượng rãnh ghi cho mỗi inch (TPI: tracks per inch), được đo tóa tròn trên đĩa. Các kết quả này được diễn tả trong những đơn vị hàng megabit hay gigabit cho mỗi inch vuông (Mbit/sq. inch hay GbiWsq inch) và được dùng như một phép đo hiệu quả trong công nghệ ghi ổ đĩa. Các ổ đĩa dung lượng cao hiện hành ghi tại các mật độ vùng vượt quá 400Gbit/sq. inch.

Các ổ đĩa ghi dữ liệu trong các rãnh ghi là các dải dữ liệu hình tròn trên đĩa. Mỗi rãnh ghi được chia thành các sector. Một đĩa mềm được phun với bộ phát triển từ tính (bột sắt) đến mức một hình ảnh của các rãnh ghi và sector thực sự được trông thấy rõ ràng. Đĩa cho thấy là một đĩa mềm 360KB 5 1/4, có 40 rãnh ghi cho mỗi mặt, với mỗi rãnh ghi được phân chia thành chín sector. Lưu ý rằng mỗi sector được vạch ra bởi những kẽ hở trong việc ghi, đi trước và theo các đầu sector và rãnh ghi (nơi thông tin ID và địa chỉ cư trú). Bạn có thể thấy dễ dàng kẽ hở gấp ba phía trước sector thứ nhất, bao gồm các đầu rãnh ghi và sector (the track and sector headers). Kẽ tiếp theo hướng ngược chiều kim đồng hồ, bạn thấy từng sector theo sau đứng trước bởi các kẽ hở vạch ra đầu (header) cho sector đó. Vùng giữa các đầu là nơi dữ liệu sector được ghi.

Lưu ý rằng sector 9 thì dài hơn những sector khác; điều này là để cho phép các khác biệt tốc độ quay giữa các ổ đĩa. Vì vậy tất cả dữ liệu được ghi trước khi chạy vào phần bắt đầu của rãnh ghi này. Cùng nhận xét rằng một phần chác chắn của bề mặt đĩa không được dùng bởi vì nó hoàn toàn không thiết thực để có các đầu đọc di chuyển vào ra phần xa đó và sự khác nhau về chiều dài giữa các sector trên các rãnh ghi bên trong và bên ngoài trở thành một vấn đề.

Mật độ vùng đang nâng lên một cách vùng chắc từ lúc có ổ đĩa lưu trữ từ tính đầu tiên (IBM RAMAC. có mật độ vùng 2Kbits/sq. inch) được giới thiệu năm 1956. Mật độ khởi đầu phát triển tại tốc độ khoảng 25% mỗi năm (gấp đôi mỗi bốn năm), kế tiếp trong đầu thập niên 1990 gia tăng đến tốc độ phát triển khoảng 60% mỗi năm (gấp đôi mỗi năm rưỡi). Sự phát triển và sự giới thiệu các đầu trở từ năm 1991. Các đầu trở từ lớn năm 1997 và đĩa AFC pixie dust năm 2001 (xem phần tiếp) hướng theo sau một sự gia tăng xa hơn trong tốc độ phát triển mật độ vùng đến 100% mỗi năm. Kết quà cuối cùng của tất cả phát triển này về mật độ đáng kinh ngạc. Chỉ hơn 50 năm đổi chút từ khi ổ đĩa RAMAC được giới thiệu, mật độ vùng lưu trừ từ tính gia tăng nhiều hơn 200 triệu đường rãnh (fold), từ 2Kbits/sq inch trong năm 1956 RAMAC (5MB lưu trữ trên các platter 50 24-inch) đến 400Gbits/sq inch trong các ổ đĩa 2TB năm 2009.

Các ổ đĩa hiện hành dùng các kỹ thuật ghi thẳng góc để đi qua cái được xem xét trước đây vị trí tại đó hiệu ứng siêu thuận từ xảy ra. Đó là một hiệu ứng trong đó các miền từ tính trở thành rất nhỏ mà bên trong không ổn định tại nhiệt độ phỏng. Các kỹ thuật như là ghi thảng góc kết hợp với đĩa có độ kháng từ cực kỳ cao được sử dụng để cho phép các mật độ lưu trữ từ tương lai SOOGbiWsq. inch đến 1000Gbit/sq. inch hay nhiều hơn. Nhưng xa hơn các nhà khoa học và kỹ sư có thể phải hướng về các công nghệ khác. Một công nghệ được cân nhắc cho tương lai là đĩa khuôn mẫu (patterned media), nơi một đĩa được định dạng trước với các miền từ được đóng gói chật chẽ không làm nhiễu lẫn nhau. Một công nghệ tương lai khác có khả năng là sự lưu trữ toàn ký (holographic storage), trong đó một tia laser ghi dữ liệu ba chiều trong thanh phẳng hay khối tinh thể.

Để gia tăng mật độ vùng trong khi vẫn duy trì các hệ số dạng ổ đĩa ngoài giống nhau, các nhà sản xuất ổ đĩa đã phát triển các công nghệ đầu từ và đĩa để hỗ trợ những mật độ vùng cao hơn này như là các platter gốm/thủy tinh, các đầu từ GMR. ghi Pseudo-contact, điện tử PRML như đã đề cập trong đầu chương này. Một yêu cầu chính trong việc đặt đên các mật độ cao hơn là sản xuất các đầu từ và đĩa vận hành ở các độ dung sai gần hơn. Những cải tiến trong độ dung sai và việc sử dụng nhiều platter trong hệ số dạng định sẵn tiếp tục đẩy các cải tiến trong dung lượng ổ đĩa nhưng các nhà sản xuất ổ đĩa tiếp tục tìm kiếm những gia tăng dung lượng lớn hơn. Cả hai bằng cách cải tiến các công nghệ hiện hữu và bằng cách phát triển những công nghệ mới.

Để vừa vặn nhiều dữ liệu trên một platter kích cỡ định sẵn, các rãnh ghi phải được đặt gần nhau hơn và các đầu từ phải có khả năng đạt đến sự chính xác lớn hơn trong các bố trí của chúng trên các rành ghi. Điều này cũng có nghĩa là khi các dung lượng đĩa cứng tăng lên, các đầu từ phải nổi gần hơn bề mặt đĩa trong suốt kỳ vận hành. Kẽ hở giữa đầu từ và đĩa bằng 10 nanometers (0.01 micron) trong một số ổ đĩa. Ước lượng bề dày của một màng tế bào. Bằng sự so sánh, sợi tóc người đường kính thường 80 micron, dày hơn 8,000 lần kẽ hở giữa đầu từ và đĩa trong một số ổ đĩa. Triển vọng của ghi tiếp xúc thực sự (actual contact) hay tiếp xúc gần (near contact) đang được xem xét cho các ổ đĩa tương lai để làm tăng mật độ nhiều hơn.

Tìm hiểu thêm các loại màn hình!