Головка чтения и записи диска — это небольшая часть жесткого диска , которая перемещается над пластиной диска и преобразует магнитное поле пластины в электрический ток (читает диск) или, наоборот, преобразует электрический ток в магнитное поле (записывает диск). [1] За прошедшие годы головы претерпели ряд изменений.
В жестком диске головки летают над поверхностью диска с зазором всего 3 нанометра . Высота полета уменьшается с каждым новым поколением технологий, что обеспечивает более высокую плотность полетов . Высота полета головки контролируется конструкцией воздушного подшипника , выгравированной на обращенной к диску поверхности ползуна . Роль воздушного подшипника заключается в поддержании постоянной высоты полета при движении головки по поверхности диска. Воздушные подшипники тщательно спроектированы так, чтобы поддерживать одинаковую высоту по всему диску, несмотря на разную скорость в зависимости от расстояния головки диска от центра диска. [2] Если головка ударится о поверхность диска, это может привести к катастрофическому разрушению головки .
Индуктивные головки используют один и тот же элемент как для чтения, так и для записи.
Сами головки изначально были похожи на головки магнитофонов — простые устройства, сделанные из крошечного кусочка С-образной формы из сильно намагничивающегося материала, такого как пермаллой или феррит, обернутого тонкой проволочной катушкой. При записи на катушку подается напряжение, в зазоре С образуется сильное магнитное поле , и поверхность записи, прилегающая к зазору, намагничивается. При считывании намагниченный материал вращается мимо головок, ферритовый сердечник концентрирует поле, и в катушке генерируется ток . В разрыве поле очень сильное и достаточно узкое. Этот зазор примерно равен толщине магнитного носителя на записывающей поверхности. Зазор определяет минимальный размер записываемой области на диске. Ферритовые головки большие и записывают довольно крупные элементы. Они также должны летать довольно далеко от поверхности, что требует более сильных полей и больших головок. [3]
Головки «металл в зазоре» ( MIG ) представляют собой ферритовые головки с небольшим кусочком металла в зазоре головки, который концентрирует поле. Это позволяет читать и записывать меньшие функции. Головки MIG были заменены тонкопленочными головками.
Впервые представленная в 1979 году на диске IBM 3370 , тонкопленочная технология использует фотолитографические методы, аналогичные тем, которые использовались в полупроводниковых устройствах, для изготовления головок жестких дисков меньшего размера и большей точности, чем конструкции на основе феррита, которые использовались тогда. Тонкопленочные головки в электронном виде аналогичны ферритовым головкам и используют ту же физику. Тонкие слои магнитных (Ni–Fe), изоляционных и медных материалов для проводки катушек создаются на керамических подложках, которые затем физически разделяются на отдельные головки чтения/записи, интегрированные с воздушным подшипником, что значительно снижает производственные затраты на единицу. [4] Тонкопленочные головки были намного меньше головок MIG и, следовательно, позволяли использовать меньшие записываемые характеристики. В 1995 году тонкопленочные головки позволили 3,5-дюймовым накопителям достичь емкости хранения 4 ГБ. Геометрия зазора между головками была компромиссом между тем, что лучше всего подходит для чтения, и тем, что лучше всего подходит для записи. [3]
Следующим усовершенствованием конструкции головки стало отделение пишущего элемента от элемента чтения, что позволило оптимизировать тонкопленочный элемент для письма и отдельный элемент головки для чтения. Отдельный считывающий элемент использует магниторезистивный (MR) эффект, который изменяет сопротивление материала в присутствии магнитного поля. Эти MR-головки способны надежно считывать очень мелкие магнитные элементы, но не могут использоваться для создания сильного поля, используемого для записи. Термин AMR (анизотропный MR) используется, чтобы отличить его от появившихся позднее усовершенствований в технологии MR, названных GMR ( гигантское магнитосопротивление ) и «TMR» (туннельное магнитосопротивление).
Переход к носителям перпендикулярной магнитной записи ( PMR ) имеет серьезные последствия для процесса записи и записывающего элемента структуры головки, но в меньшей степени для датчика считывания MR структуры головки. [5]
Внедрение головки AMR в 1990 году компанией IBM [6] привело к периоду быстрого увеличения плотности площади примерно на 100% в год.
В 1997 году GMR начали заменять головки AMR гигантскими магниторезистивными головками. [6]
С 1990-х годов был проведен ряд исследований эффектов колоссального магнитосопротивления (КМС), которые могут позволить еще больше увеличить плотность. Но пока это не привело к практическому применению, поскольку требует низких температур и большого размера оборудования. [7] [8]
В 2004 году компания Seagate [6] представила первые накопители с туннельными головками MR ( TMR ) , позволяющие использовать накопители емкостью 400 ГБ с 3 дисковыми пластинами. Компания Seagate представила головки TMR со встроенными микроскопическими нагревательными катушками для управления формой области преобразователя головки во время работы. Нагреватель можно активировать перед началом операции записи, чтобы обеспечить близость полюса записи к диску/носителю. Это улучшает записываемые магнитные переходы, гарантируя, что поле записи головки полностью насыщает носитель магнитного диска. Тот же подход термического воздействия можно использовать для временного уменьшения расстояния между дисковым носителем и датчиком считывания во время процесса обратного считывания, тем самым улучшая мощность и разрешение сигнала. К середине 2006 года другие производители начали использовать аналогичные подходы в своей продукции.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )