2022-12-02 磁盘原理 硬盘与光盘工作原理

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先想两个有趣的问题：

1. 如果我们能在一个东西上存储一系列“二进制码”，这个东西的形状最好是什么样的？

2. 我们可以通过何种方式来在一个东西上存储“二进制码”信息？

先回答第二个问题：

如何存储二进制码？

每一个Bit都只有两种状态，0或1，它要与某种物理状态所对应，我们发现磁场就符合这个要求，一个极小区域内的分子，可以被磁场极化，产生特定的取向，举个例子：

氢原子：

电子绕核转，如果改变电子的旋转方向，那么电子运动产生的磁场也将反向，磁化很容易，调取其磁场取向的信息也不难。

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就像把一个铁块放在磁铁旁边，铁块会被磁化一样，我们可以通过特定的电路产生特定的磁场去磁化某一小块区域的磁性，假如一小块区域的面积是1nm，那么1dm*dm的面积理论上就能存储10^16个Bit。

那么我们大概想一下，选一个容易被磁化的材料，然后把这个东西上分成好多个区域...像是蜂窝那样...

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每个蜂窝都代表一个Bit的信息，当我们要往它的某个区域块存储信息的时候，那就拿个能激发磁场的“探针”，让这个探针遍历某个区域。

假如我要存储一段二进制码：

0101010

那我们就选一个起点，然后激发一个磁场，磁化它，将这个方向记为“0”方向，然后下一个激发一个反向磁场，磁化下一个单元格，记这个磁场为“1”方向，然后直到遍历完毕...

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那再读取的时候，我们只需再来到起始位置，然后依次读七次就好，也就是意味着这个’探针‘要移动。

但是移动啊，只是相对而言的，你可以让这个板子移动，也可以让探针移动。

我们先想一个方案：做成正方形的，若要让探针遍历所有信息，需要先从左到右，再向下一格，调头，反向遍历第二行.....就有点像老师们在考场发卷子。

但是探针虽然很轻，它也是有重量的呀，我们希望遍历的足够快，也就是探针要运动的足够快，那就意味着它要经常快速“刹车掉头”，这太差了。

事实上，正方形的对称性并不好，我选择圆形，或者球形。

现在我们使用圆盘形状，这次我们只需要让圆盘绕着中心轴快速旋转，探针沿着径向缓慢移动即可！没有“刹车掉头”一说！

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这便是一个硬盘，读写数据的时候，硬盘高速旋转，探针缓慢从硬盘边缘移动至最内侧，便已遍历了所有数据！

是不是很棒！

那么光盘也是如此，但是光盘的信息储存能力与它不同，它是运用了不同的材料的反光性差异。也就是说，大家都知道镜子这种材料的反光性是非常好的，那水泥地板的反光性就很差了，我可以让一块圆盘布满一系列单元格（和硬盘一个道理），有些单元格上的材料是这种类似水泥地板的，我让它代表“0”，有些则是类似于镜面的，我让它代表“1”，然后读取数据的时候，我让探针发出一束激光，当遇到“1”时，激光就会反射，然后我可以接收到这个反射，然后用逻辑电路把这个信号转变成“1”，遇到"0"时，就接收不到反射的激光了，我们把它当作”0“。

原理很容易理解，我们看下图：

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最上层蓝色就是光盘的正面，也就是写着什么标签和图案的那面，反面是刻录信息的，最外层是反光材料，然后我们用激光把这层反光材料烧掉，暴露出内层的吸光材料即可，所谓”烧录光盘”就是这个意思。

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所以这就是为什么光盘只能读信息不能重写信息，它的信息在第一次烧制结束后就确定了，不可更改，不像硬盘的磁场那样具有可以改变，复原的特性。

当然了，即便如此，硬盘的读写速度和内存还是没法比~

就酱，大概了解原理即可。