Gli hard disk sono piccoli miracoli tecnologici: sono occorse generazioni di ingegneri, scienziati dei materiali e fisici specializzati im meccanica quantistica per raggiungere il livello di perfezione e di densità di informazione che oggi possiamo stringere nel palmo di una mano.
In un hard drive troviamo tanti dischi impilati che ruotano vorticosamente ad alta velocità: in ognuno di essi una testina (recording head) è sospesa a pochi nanometri dallo strato di grani di metallo microscopici e magnetizzati che li ricopre.
I dati vengono registrati nei grani metallici con uno schema di magnetizzazione ben preciso: in pratica si formano dei piccoli cluster magnetici o bit. La magnetizzazione dei cluster segue uno dei due allineamenti previsti che corrispondono a 0 (rosso) e a 1 (blu).
I dati vengono scritti su disco convertendo i bit (0 e 1) in corrente ellettrica attraverso un elettromagnete: il magnete genera un campo abbastanza potente da cambiare il verso di magnetizzazione del grano metallico. Una volta scritta l'informazione, un lettore magnetico la recupera per processare i bit in informazioni di senso compiuto.
Le informazioni sono contenute in stringhe di byte (da 8 bit ciascuna): nella foto un esempio di come possono essere codificate le prime lettere dell'alfabeto.
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| Il peso medio di una piccola foto si aggira sul Megabyte (circa 8 milioni di bit) |
La densità di informazioni (e quindi di bit) che un hard disk medio moderno contiene si aggira sui 600 Gbit per pollice quadrato: un pollice quadrato equivale a circa 6,4 centimetri quadrati (poco più dell'area occupata da un normale francobollo).
Il primo dispositivo di archiviazione dati progettato da IBM negli anni '50 conteneva 5 Megabyte.
L'hard disk venne inventato nel 1956 dall'IBM. Il primo prototipo era costituito da 50 dischi del diametro di 24 pollici (circa 60 cm) e poteva immagazzinare circa 5 megabyte di dati. Era grande quanto un frigorifero, con un peso di oltre una tonnellata. La denominazione originaria era fixed disk (disco fisso), il termine hard disk (disco rigido) nacque intorno al 1970 per contrapposizione coi neonati floppy disk (dischetti).Tratto da Wikipedia
La graduale tendenza ad aumentare la densità di dati in un dispositivo di archiviazione non è dipesa solo dalla miniaturizzazione delle componenti meccaniche coinvolte, ma anche da alcune innovazioni fondamentali come la "Thin Film Litography" grazie alla quale le dimensioni della testina di lettura e scrittura sono diminuite considerevolmente, traendo così vantaggio dalle scoperte nei campi dell'elettromagnetismo e della fisica quantistica.
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| I miglioramenti tecnologici sono stati tali da permettere alla testina di rimanere sollevata dal disco ad una distanza di soli 5 nanometri (misura equivalente a due filamenti di DNA sovrapposti) |
La Legge di Moore (raddoppio della potenza di calcolo e della densità di storage ogni 18/24 mesi) applicata allo storage entrò in crisi una volta raggiunti i 100 Gbits per pollice quadrato: la diminuzione della dimensione dei grani metallici ed il loro impaccamento si scontrarono con l'Effetto Superparamagnetico. Grani magnetici piccoli e densi possono perdere facilmente l'allineamento magnetico a causa della temperatura: se il problema non fosse stato risolto, non si sarebbe più potuta garantire la persistenza dei dati.
In particelle sufficientemente piccole (di dimensioni confrontabili a quelle di un dominio magnetico del corrispondente materiale massivo), i momenti magnetici dei signoli atomi sono allineati. In questa situazione, la magnetizzazione può cambiare casualmente verso per effetto della temperatura. Questo fenomeno avviene in materiali per i quali l'energia necessaria per l'inversione del momento magnetico delle particelle è comparabile con l'energia termica del reticolo.
La soluzione fu semplice e geniale: l'allineamento dei domini magnetici imposto durante la fase di scrittura non fu più longitudinale, ma perpendicolare: questo permise di superare il precedente limite portandolo alla capacità di 1Terabit per pollice quadrato.
Recentemente il limite è stato superato ancora una volta attraverso la tecnica denominata Heat Assisted Magnetic Recording con cui sarebbe possibile scrivere su porzioni ancora più piccole del disco (la tecnica è ancora in fase di sviluppo da parte di Seagate): la resistenza magnetica dei domini metallici viene momentaneamente modificata (la proprietà è detta coercitività magnetica) grazie all'utilizzo di un laser che, riscaldando un punto preciso della superficie, permette la registrazione del bit
In futuro l'asticella potrebbe essere spostata ulteriormente verso l'alto utilizzando pattern di bit contenuti all'interno di nanostrutture (sorte di punti quantici) permettendo una densità teorica di 20 TeraBit per pollice quadro (33 volte la capacità attuale media).
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