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  • Imagine an airplane flying one millimeter above the ground and circling the Earth once every 25 seconds while counting every blade of grass.

    飛行機が地上1ミリメートルの高さを飛行し、地上の草を1本ずつ数えながら25秒に1回地球を周回していると想像してみてください。

  • Shrink all that down so that it fits in the palm of your hand, and you'd have something equivalent to a modern hard drive, an object that can likely hold more information than your local library.

    これを手の平に収まるサイズに縮小してみましょう。すると 近年のハードディスクと同じ程度の大きさになりますが、これには地域の図書館に含まれる以上の情報を保存できることでしょう。

  • So how does it store so much information in such a small space?

    では大量の情報は この小さな空間にどのように保存されているのでしょうか?

  • At the heart of every hard drive is a stack of high-speed spinning discs, with a recording head flying over each surface.

    ハードディスクの中心部には高速に回転するディスクが積み重ねられていて、各表面の上を記録用の磁気ヘッドが飛び回っています。

  • Each disc is coated with a film of microscopic magnetised metal grains, and your data doesn't live there in a form you can recognize.

    各ディスクには磁化された微視的な金属がフィルム状にコーティングされており、しかも 人が見て認識できるようにデータは記録されているのではなく、

  • Instead, it is recorded as a magnetic pattern formed by groups of those tiny grains.

    磁気パターンとして記録され、超微粒子が集まりことにより形成されます。

  • In each group, also known as a bit, all of the grains have their magnetization's aligned in one of two possible states, which correspond to zeroes and ones.

    1ビットとも呼ばれる個々のグループにおいてすべての粒子が磁化の向きを揃えています。これには2つの状態があり、0か1のどちらかに対応しています。

  • Data is written onto the disc by converting strings of bits into electrical current fed through an electromagnet.

    データのディスクへの書き込みは、一連のビットを電流に変換し、電磁石に流すことによって行われます。

  • This magnet generates a field strong enough to change the direction of the metal grain's magnetization.

    電磁石は金属粒子の磁化の向きを変えるに足る、強い磁場を作り出します。

  • Once this information is written onto the disc, the drive uses a magnetic reader to turn it back into a useful form, much like a phonograph needle translates a record's grooves into music.

    情報が一旦ディスクに書き込まれると、ドライブにある読み取り磁気ヘッドにより利用可能なデータとして取り出せます。蓄音機の針が レコードの溝を読み取り、音楽を奏でるのと似ています。

  • But how can you get so much information out of just zeroes and ones?

    でも、様々な情報を、0と1だけで表現する仕組みは?

  • Well, by putting lots of them together.

    多くの0と1をまとめて使うことで表現しています。

  • For example, a letter is represented in one byte, or eight bits, and your average photo takes up several megabytes, each of which is 8 million bits.

    例えば 1文字は1バイト、つまり8ビットで表します。平均的な写真のサイズは数メガバイト程度です。1メガバイトは800万ビットに相当します。

  • Because each bit must be written onto a physical area of the disc, we're always seeking to increase the disc's areal density, or how many bits can be squeezed into one square inch.

    各ビットはディスクの物理的なスペースに書き込まれるので、ディスクの面記録密度を高めること、つまり1平方インチあたりに、より多くのビット数を詰め込む方法が常に追求されています。

  • The areal density of a modern hard drive is about 600 gigabits per square inch, 300 million times greater than that of IBM's first hard drive from 1957.

    最近のハードディスクの面記録密度は1平方インチ辺り約600ギガビットで、これは1957年にIBMが製造した初のハードディスクの3億倍にもなります。

  • This amazing advance in storage capacity wasn't just a matter of making everything smaller, but involved multiple innovations.

    記憶容量のこの様な目覚ましい向上はすべてを小型化することだけではなく、いくつもの発明が積み重なっています。

  • A technique called the thin-film lithography process allowed engineers to shrink the reader and writer.

    薄膜リソグラフィーと呼ばれる技術は技術者による 読み書き磁気ヘッドの小型化を可能にしました。

  • And despite its size, the reader became more sensitive by taking advantage of new discoveries in magnetic and quantum properties of matter.

    その小さなサイズにかかわらず、読み取りの精度は物質の磁性と量子的特性に関する新発明を応用することで さらに高まりました。

  • Bits could also be packed closer together thanks to mathematical algorithms that filter out noise from magnetic interference, and find the most likely bit sequences from each chunk of read-back signal.

    また数学的アルゴリズムはビットの密度をさらに高めました。これは 磁気干渉によるノイズを除去し、一群の読み取り信号か 最もらしい一連のビット値を決定します。

  • And thermal expansion control of the head, enabled by placing a heater under the magnetic writer, allowed it to fly less than five nanometers above the disc's surface, about the width of two strands of DNA.

    書き込み磁気ヘッドの下に加熱装置を置くことで可能になったヘッドの熱膨張制御技術は、ヘッドがディスクから5ナノメートル未満の高さで動くことを可能にしました。これは2本鎖からなるDNAの幅の程度です。

  • For the past several decades, the exponential growth in computer storage capacity and processing power has followed a pattern known as Moore's Law, which, in 1975, predicted that information density would double every two years.

    過去数十年間で、コンピューターの記憶容量と処理能力は指数関数的に飛躍を遂げ、2年ごとに集積密度が2倍になると予測した ―1975年に提唱されたムーアの法則通りに進歩してきました。

  • But at around 100 gigabits per square inch, shrinking the magnetic grains further or cramming them closer together posed a new risk called the superparamagnetic effect.

    しかし 1平方インチあたり約100ギガビットまでくると、磁気粒子の微細化、あるいは集積化において、超常磁性効果という新たな問題が発生しました。

  • When a magnetic grain volume is too small, its magnetization is easily disturbed by heat energy and can cause bits to switch unintentionally, leading to data loss.

    磁性粒子の体積が小さすぎると、熱エネルギーによって磁化の状態が容易に乱され、意図せずビットが反転してしまい、データの損失が起こりうるのです。

  • Scientists resolved this limitation in a remarkably simple way: by changing the direction of recording from longitudinal to perpendicular, allowing areal density to approach one terabit per square inch.

    科学者たちは 記憶する方向をヘッドの移動方向から、これに垂直な方向に切り替えるというとても単純な方法でこの限界を克服し、面記録密度を1平方インチあたり、1テラビットに近づけることができました。

  • Recently, the potential limit has been increased yet again through heat-assisted magnetic recording.

    最近は 熱を使った磁気記録によって、潜在的な限界がさらに 高められました。

  • This uses an even more thermally stable recording medium, whose magnetic resistance is momentarily reduced by heating up a particular spot with a laser and allowing data to be written.

    この方法は熱に対してずっと安定した記憶媒体を使い、特定の場所をレーザーで熱し、磁気抵抗を一時的に下げることで、データの書き込みを可能にしています。

  • And while those drives are currently in the prototype stage, scientists already have the next potential trick up their sleeves:

    これらのドライブは現在 試作の段階にありますが、科学者たちはすでに次なる技術を秘かに準備しています。

  • bit-patterned media, where bit locations are arranged in separate, nano-sized structures, potentially allowing for areal densities of twenty terabits per square inch or more.

    ビットパターンドメディアでは、ビットをナノサイズの構造として分離して配列することで、1平方インチあたりの面密度を20テラビットかそれ以上に引き上げられる可能性があります。

  • So, it's thanks to the combined efforts of generations of engineers, material scientists, and quantum physicists that this tool of incredible power and precision can spin in the palm of your hand.

    何世代にもわたる技術者や物性物理学者、そして量子物理学者のおかげで、見事な能力と精度を有するこの装置が手の平の上で回転していられるのです。

Imagine an airplane flying one millimeter above the ground and circling the Earth once every 25 seconds while counting every blade of grass.

飛行機が地上1ミリメートルの高さを飛行し、地上の草を1本ずつ数えながら25秒に1回地球を周回していると想像してみてください。

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B2 中上級 日本語 TED-Ed ディスク 磁気 ビット 密度 ヘッド

【TED-Ed】知らなかった!ハードディスクってどうやって動くの?

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    稲葉白兎 に公開 2021 年 01 月 14 日
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