“Đĩa cứng và đĩa mềm? Tại sao chúng ta lại làm đĩa?”

“Không, không, ý anh là thiết bị lưu trữ.”

Ưu tiên hàng đầu trước khi sản xuất máy tính sẽ là phát triển phương tiện lưu trữ và hệ điều hành.

Đầu tiên, phương tiện lưu trữ.

Phương tiện lưu trữ chính xác là gì?

Nếu chúng ta phân tích nó, nó đề cập đến bất kỳ dạng vật thể nào có thể lưu trữ và giữ dữ liệu.

Nói cách khác, nó có thể được coi là một thiết bị bộ nhớ ghi nhớ mọi thứ thay cho chúng ta.

Bạn có thể viết nó trên cát, khắc nó vào đá hoặc ghi nó ra giấy. Miễn là ai đó có thể đọc và hiểu ý nghĩa của nó, phương tiện lưu trữ đã hoàn thành nhiệm vụ của mình.

Tuy nhiên, chúng ta có xu hướng thích phương tiện lưu trữ có dung lượng lớn hơn, tồn tại lâu hơn, nhẹ hơn và nhỏ gọn hơn.

Ví dụ: viết tay trên cát biển không thực tế vì bạn không thể di chuyển nó đi bất cứ đâu và nó sẽ bị sóng cuốn trôi qua đêm. Điều đó có nghĩa là nó không hiệu quả.

Dữ liệu duy nhất đáng lưu trữ trên bãi biển đầy cát có thể là một số chuyện về người mà bạn không thích.

Theo nghĩa đó, phương tiện lưu trữ analog hiệu quả nhất về chi phí sẽ là nhãn hiệu hoặc hình xăm.

Một khi được khắc trên da, nó tồn tại trong nhiều thập kỷ và dễ dàng mang theo. Nhược điểm duy nhất là lượng dữ liệu bạn có thể lưu trữ bị giới hạn ở một vài ký tự.

Dù sao, hãy quay lại chủ đề phương tiện lưu trữ kỹ thuật số.

Các điều kiện quan trọng nhất đối với phương tiện lưu trữ máy tính là gì?

Nó sẽ có thể lưu trữ dữ liệu ngay cả khi tắt nguồn và nó sẽ lưu trữ một lượng lớn dữ liệu.

Từ góc độ hiện đại, phương tiện lưu trữ hiện tại cực kỳ nguyên thủy.

Ví dụ: phương tiện lưu trữ được tạo bằng cách sử dụng ống chân không hoặc transistor chỉ có thể lưu trữ dữ liệu khi máy tính đang chạy. Đó là bởi vì các thiết bị này xác định số 0 và số 1 dựa trên việc có phản ứng ma thuật hay không.

Phương tiện lưu trữ dựa trên bóng bán dẫn thường được gọi là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, hay RAM.

Nếu bạn đang nghĩ về RAM mà chúng ta biết ngày nay — giống như bộ nhớ 8GB, 16GB hoặc 32GB mà chúng ta mua — thì đó là chính xác.

Nó chắc chắn là một hình thức của phương tiện lưu trữ dữ liệu. Tuy nhiên, loại bộ nhớ này có một nhược điểm lớn: khi tắt nguồn, tất cả dữ liệu được lưu trữ sẽ biến mất.

Máy tính chúng tôi sử dụng không có bất kỳ phương tiện lưu trữ nào phù hợp và hoàn toàn dựa vào bộ nhớ.

Nói một cách đơn giản hơn, nó giống như một chiếc máy tính bị mất trí nhớ.

Hãy tưởng tượng việc tất cả dữ liệu bị đặt lại khi tắt nguồn sẽ bất tiện như thế nào.

Đó là lý do tại sao, trong các dự án quan trọng, chúng tôi luôn bật nguồn và không bao giờ tắt máy tính.

Kết quả là, lượng năng lượng ma thuật mà phòng thí nghiệm của chúng tôi tiêu thụ đã tăng vọt và chúng tôi phải chịu các hóa đơn thuế khổng lồ mỗi tháng… nhưng chúng tôi kiếm đủ tiền để trang trải, vì vậy không sao cả.

Dù sao, vì dữ liệu biến mất khi tắt nguồn, chúng tôi phải đục lỗ trên thẻ đục lỗ để in dữ liệu quan trọng hoặc ghi lại bằng tay.

Sao chép 10.000 chữ số của pi bằng tay thật mệt mỏi. Cảm giác như tôi đang trở lại trường học, viết nguệch ngoạc nhiều trang ghi chú trong dị thế giới này.

Tuy nhiên, tôi không thể ghi lại dữ liệu từ Engine cờ vua mà chúng tôi đã phát triển thông qua học máy trong vài chục giờ — nó quá phức tạp.

Vì vậy, bây giờ, tất cả đã biến mất.

Thành thật mà nói, tôi thực sự tiếc vì đã mất dữ liệu đó. Công cụ cờ vua đã được điều chỉnh rất tốt đến mức nó có thể đánh bại nhà vô địch của đế chế…

Nhưng những gì đã mất thì đã mất. Chúng ta chỉ cần tạo phương tiện lưu trữ bây giờ.

“Phương tiện lưu trữ… anh nói sao?”

Tôi giải thích với Caroline rằng chúng tôi cần tạo phương tiện lưu trữ.

“Giờ em nghĩ lại về điều đó, nó đã rất bất tiện. Việc tất cả dữ liệu biến mất khi mất điện! Ngay cả các chương trình phát sóng truyền hình hiện đại cũng sử dụng băng để ghi lại!”

Caroline càu nhàu, rõ ràng là thất vọng.

Cô ấy chắc hẳn đã kìm nén rất nhiều sự thất vọng. Rốt cuộc, cô ấy đã phải chứng kiến tất cả các chương trình được chế tạo tỉ mỉ của mình biến mất. Điều đó cũng dễ hiểu thôi.

“Em sẽ hoan nghênh phương tiện lưu trữ! Thành thật mà nói, em ngạc nhiên vì chúng ta đã không làm ra nó sớm hơn!”

“Cho đến bây giờ, nó hơi bất tiện nhưng không đến mức không chịu đựng nổi. Nhưng sau khi sao chép 10.000 chữ số của pi bằng tay, anh đã thay đổi suy nghĩ.”

“Haha, đúng vậy. Mọi người chỉ thay đổi suy nghĩ sau khi trải nghiệm trực tiếp điều gì đó.”

Nếu tôi đã không thua một ván oẳn tù tì với Caroline vào ngày hôm đó, thì ai mà biết được? Việc phát triển đĩa cứng có thể đã bị trì hoãn hơn nữa.

Như Caroline đã nói, mọi người chỉ thay đổi khi điều gì đó xảy ra với họ.

Mất bò mới lo làm chuồng là một quy luật áp dụng trong toàn vũ trụ.

“Vì vậy, anh đang nghĩ đến hai loại phương tiện lưu trữ: đĩa mềm và đĩa cứng.”

“Chỉ từ cái tên thôi, em không thể hình dung được cấu trúc của chúng.”

Cũng có các phương tiện lưu trữ khác như CD, DVD và USB, nhưng chúng ta hãy bỏ qua những thứ đó bây giờ vì các nguyên tắc cơ bản của chúng khác nhau.

Tôi đã chọn đĩa mềm và đĩa cứng vì chúng dựa trên cùng một hiện tượng vật lý như phương tiện lưu trữ hiện có.

“Hiện tại, bí mật quân sự, chương trình phát sóng truyền hình và băng âm thanh hầu hết được ghi lại và lưu trữ trên băng từ, phải không?”

“Vâng, đúng vậy. Dữ liệu số được lưu trữ bằng cách đục lỗ trên thẻ, chữ cái được viết bằng tay hoặc đánh máy, và âm thanh và video được ghi lại trên băng từ.”

Băng từ. Một thiết bị lưu trữ dữ liệu bằng dải từ tính.

Những người sinh ra trong những năm 90 có thể đã trải nghiệm điều này khi còn nhỏ với băng cassette.

“Nó hơi khác so với băng từ, nhưng chúng ta sẽ sử dụng ý tưởng đó để ghi lại dữ liệu bằng các đặc tính từ tính.”

Nam châm không chỉ hút sắt.

Rõ ràng, người dân của thế giới này rất thông minh, vì vậy họ đã nhận ra rằng các đặc tính vật lý của nam châm có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu một cách hiệu quả.

Bằng cách sử dụng các vật liệu như oxit sắt (Fe2O3) hoặc oxit crom (Cr2O3) để tạo ra một dải từ tính và áp dụng một điện trường, sự sắp xếp của các hạt từ tính bên trong sẽ thay đổi tùy thuộc vào hướng.

Nếu căn chỉnh sang trái, nó đại diện cho 0; sang phải, nó đại diện cho 1. Bằng cách này, dữ liệu nhị phân có thể được lưu trữ.

Phần tốt nhất là dải từ tính có thể được làm nhỏ và nhẹ, làm cho chúng dễ dàng mang theo.

Và lợi thế quan trọng nhất? Nếu bạn không để chúng tiếp xúc với nam châm, chúng có thể lưu trữ dữ liệu trong thời gian dài.

“Quả thực, sự sắp xếp của các hạt từ tính vẫn ổn định mà không bị nhiễu từ bên ngoài, làm cho nó trở nên lý tưởng như một phương tiện lưu trữ.”

Caroline, người rất thông thạo về khoa học cơ bản, gật đầu đồng ý.

“Chính xác. Nam châm rất hiệu quả.”

“Nhưng tiền bối Neon, tại sao chúng ta không sử dụng băng từ? Giống như cách anh đã sửa đổi CRT để tương thích với máy tính trước đây.”

Caroline đã đưa ra một điểm hợp lệ. Sẽ không dễ dàng hơn nếu sử dụng những gì đã có sẵn sao?

“Có một vấn đề. Một vấn đề quan trọng hoạt động đối với TV nhưng không hoạt động đối với máy tính.”

“Và đó là gì?”

“Băng từ lưu trữ dữ liệu theo kiểu tuyến tính, theo một hướng. Vì vậy, việc đọc nó cũng sẽ theo một hướng, phải không?”

“Ồ…! Em hiểu rồi! TV hoặc băng cassette lưu trữ video và nhạc, có thể được phát theo một hướng liên tục, nhưng đó không phải là cách máy tính hoạt động, phải không?”

“Đúng như mong đợi từ Caroline, em nói đúng. Các chương trình chúng ta viết lưu trữ dữ liệu ở khắp mọi nơi, phải không? Để lấy dữ liệu mong muốn, anh sẽ phải tua lại toàn bộ băng.”

Băng từ sử dụng truy cập tuần tự, đọc theo một hướng.

Hãy tưởng tượng chạy trên đường đua.

Để chạm vào lưng của một người bạn phía trước tôi, tôi sẽ phải chạy thêm một vòng nữa. Chỉ cần tưởng tượng thôi cũng đã thấy mệt mỏi rồi.

Tại sao không quay lại và chạy ngược lại? Chà, giáo viên sẽ mắng bạn vì điều đó.

“Bây giờ em hiểu rồi. Ngay cả khi hiệu suất của máy tính tăng lên 10.000 lần, thì điều đó có ý nghĩa gì? Vẫn mất cả ngày để đọc dữ liệu! Dung lượng lưu trữ càng lớn thì càng chậm, và điều đó sẽ khiến bất kỳ ai cũng phát điên!”

Caroline bắt chước đập vào ngực mình trong sự thất vọng.

“Vậy, anh có ý tưởng tuyệt vời nào để giải quyết vấn đề này không, tiền bối Neon?”

“Nếu một chiều quá chậm, chúng ta nên lưu trữ dữ liệu ở hai chiều. Không phải trên băng, mà trên đĩa!”

Đĩa cứng và đĩa mềm mà chúng ta sẽ tạo ra lưu trữ dữ liệu dưới dạng đĩa, giống như tên gọi của chúng.

Đó là một bước nhảy vọt từ một chiều sang hai chiều. Một ý tưởng thực sự đột phá!

Khi nghe những lời của tôi, Caroline vỗ trán.

“Tiền bối, đó là lý do tại sao anh tham gia lớp Điện từ học — để tạo thiết bị lưu trữ 2D bằng cách sử dụng các đặc tính từ tính?”

“Ừ, đúng vậy. Anh nghĩ rằng chúng ta cần hiểu sâu về điện trường và từ trường.”

“Anh đã có thể nói với em sớm hơn.”

Caroline trông hơi thất vọng.

“Cho đến một lúc trước, nó chỉ là một ý tưởng chưa được sắp xếp trôi nổi trong đầu anh. Nói về những suy nghĩ lộn xộn trước khi chúng rõ ràng chỉ khiến mọi người bối rối, phải không? Kỹ sư nên nói chuyện với nhau thông qua bản thiết kế.”

Tôi vẽ một bản thiết kế của một đĩa mềm và cho Caroline xem.

Ghi chú của tác giả (Lời bạt)

Đĩa cứng được phát triển vào năm 1956 và đĩa mềm vào năm 1971. Cả hai đều được tạo ra bởi đội ngũ kỹ sư của IBM.

Đĩa cứng đời đầu to và nặng như ENIAC, vì vậy chúng hoàn toàn khác với đĩa cứng hiện đại.

**Quiz Time!**

Có một đĩa cứng 1TB không có gì được lưu trữ trên đó và một đĩa cứng 1TB khác chứa đầy dữ liệu.

Chúng có cùng trọng lượng hay khác nhau?