Có lẽ tất cả chúng đều rất quen thuộc với ổ cứng của máy tính, hay còn gọi là ổ HDD. Vậy đã bao giờ bạn thắc mắc, làm sao máy tính có thể đọc và ghi dữ liệu lên một ổ cứng?
Để giải đáp thắc mắc của bạn. Đầu tiên chúng ta sẽ đi tìm cấu trúc của một ổ HDD nhé. Khi tháo vỏ bảo vệ bên ngoài ra, ổ HDD của chúng ta sẽ có cấu trúc như sau.
Trái tim của ổ HDD chính là các đĩa lưu trữ dữ liệu. Khi hoạt động, chồng đĩa này sẽ quay với một tốc độ rất cao. Phía trên mỗi đĩa sẽ có một đầu đọc ghi dữ liệu tương ứng. Tùy theo từng loại, dung lượng của ổ cứng mà số lượng đĩa sẽ khác nhau.
Mỗi chiếc đĩa được phủ một lớp màng các hạt kim loại vi phân tử được từ hóa. Dữ liệu của bạn sẽ được lưu trữ thông qua các hạt kim loại này. Tuy nhiên, bằng mắt thường chúng ta sẽ không thể nhận biết được nó.
Các hạt kim loại được phủ trên bề mặt các đĩa dữ liệu sẽ được phân thành các nhóm nhỏ. Đầu ghi sẽ làm biến đổi từ tính của các nhóm này để ghi dữ liệu lên đó. Mỗi nhóm nhỏ này được chúng ta biết đến như 1 bit dữ liệu.
Dựa vào từ tính, tất cả các nhóm này sẽ được đặt vào 1 trong 2 trạng thái tương ứng với 0 và 1. Để ghi dữ liệu, máy tính sẽ tạo ra dòng điện và từ dòng điện này, đầu ghi dữ liệu sẽ tạo ra một từ trường làm thay đổi từ tính của các nhóm hạt. Qua đó, làm thay đổi trạng thái của chúng (0 hoặc 1). Ngược lại, để đọc dữ liệu, máy tính chỉ việc sử dụng đầu đọc để đọc trạng thái của từng nhóm dữ liệu và chuyển nó về dạng dữ liệu hữu ích.
Sau khi đọc được dữ liệu từ ổ cứng, lúc này máy tính sẽ có một chuỗi dữ liệu ghi lại trạng thái của ổ cứng. Chuỗi này có dạng toàn các số 0 và 1. Vậy bằng cách nào, máy tính của chúng ta chuyển đổi nó về dạng văn bản hay hình ảnh mà chúng ta nhìn thấy trên màn hình được.
Bằng cách sắp xếp các dữ liệu này cạnh nhau theo một quy luật nào đó. Ví dụ, người ta sẽ xếp 8 bit (8 ký tự 0, 1 hay trạng thái của 8 nhóm dữ liệu liên tiếp) thành 1 byte. Mỗi byte sẽ biểu diễn được một ký tự chữ.
Hay để lưu trữ một tấm ảnh nặng 1MB của bạn, máy tính sẽ cần 8 triệu bits. Để lưu trữ 1 tập film Harry Potter, chúng ta cần trung bình 5GB ổ cứng, nghĩa là 40.000.000.000 (40 tỷ bit). Dựa vào những con số trên chúng ta sẽ thấy được lượng công việc của ổ cứng lớn như thế nào.
Ngày nay, nhu cầu lưu trữ dữ liệu của chúng ta ngày càng cao. Chúng ta cần chụp những tấm ảnh chất lượng cao hơn, thêm vào đó những hiệu ứng lung linh. Hay đơn giản là chất lượng của các bộ film ngày càng cao dẫn đến dung lượng lưu trữ tăng theo cấp số nhân hoặc thậm chí cấp số mũ. Để đáp ứng được nhu cầu đó, các nhà khoa học liên tục tìm các giải pháp để chúng ta có thể lưu trữ nhiều dữ liệu hơn trên một ổ cứng.
Phương án đầu tiên để tăng dung lượng ổ cứng lên là tăng mật độ diện tích của đĩa lên, nghĩa là giảm kích thước của các nhóm vật chất lưu trữ 1 trang thái. Để đo đạc được mật độ ổ cứng, người ta đo lượng dữ liệu lưu trữ được trên 1 inch vuông. Tại năm 2019, người ta có thể lưu trữ 1.3 terabits dữ liệu trên mỗi inch vuông (1.300.000.000.000 bits – 1300 tỷ bits) so với 2,000 bít vào năm 1957 khi ổ cứng mới được phát minh. Song song với việc tăng dung lượng, các nhà khoa học còn cải tiến đầu đọc ghi, giúp máy tính có thể đọc ghi dữ liệu trên các nhóm vật chất siêu siêu nhỏ. Hay các nhà khoa học máy tính không ngừng tìm các thuật toán, giúp nén kích thước dữ liệu lại.
Tất cả những điều trên thật tuyệt vời phải không các bạn.