Головка чтения и записи на диск — это небольшая часть дисковода , которая перемещается над пластиной диска и преобразует магнитное поле пластины в электрический ток (считывает диск) или, наоборот, преобразует электрический ток в магнитное поле (записывает диск). [1] За прошедшие годы головки претерпели ряд изменений.
В жестком диске головки летают над поверхностью диска с зазором всего в 3 нанометра . Высота полета уменьшается с каждым новым поколением технологий, чтобы обеспечить более высокую плотность записи . Высота полета головки контролируется конструкцией воздушного подшипника, вытравленного на обращенной к диску поверхности слайдера . Роль воздушного подшипника заключается в поддержании постоянной высоты полета при перемещении головки по поверхности диска. Воздушные подшипники тщательно спроектированы для поддержания одинаковой высоты по всей пластине, несмотря на различные скорости в зависимости от расстояния головки от центра пластины. [2] Если головка ударяется о поверхность диска, может произойти катастрофическое столкновение головки . Головки часто имеют алмазоподобное углеродное покрытие. [3]
Индуктивные головки используют один и тот же элемент как для чтения, так и для записи.
Сами головки изначально были похожи на головки в магнитофонах — простые устройства, сделанные из крошечного С-образного куска сильно намагничиваемого материала, такого как пермаллой или феррит, обернутого в тонкую проволочную катушку. При записи катушка запитывается, в зазоре С образуется сильное магнитное поле , а поверхность записи, прилегающая к зазору, намагничивается. При считывании намагниченный материал вращается мимо головок, ферритовый сердечник концентрирует поле, и в катушке генерируется ток . В зазоре поле очень сильное и довольно узкое. Этот зазор примерно равен толщине магнитного носителя на поверхности записи. Зазор определяет минимальный размер записанной области на диске. Ферритовые головки большие и записывают довольно большие объекты. Они также должны быть довольно далеко от поверхности, поэтому требуются более сильные поля и более крупные головки. [4]
Головки Metal-in-gap ( MIG ) — это ферритовые головки с небольшим кусочком металла в зазоре головки, который концентрирует поле. Это позволяет считывать и записывать более мелкие элементы. Головки MIG были заменены тонкопленочными головками.
Впервые представленная в 1979 году на диске IBM 3370 , тонкопленочная технология использует фотолитографические методы, аналогичные тем, которые используются в полупроводниковых устройствах для изготовления головок жестких дисков. В то время эти головки имели меньший размер и большую точность, чем головки на основе феррита, которые тогда использовались; они были электронно похожи на них и использовали ту же физику. Тонкие слои магнитных (Ni–Fe), изоляционных и медных катушечных материалов были построены на керамических подложках, которые затем были физически разделены на отдельные головки чтения/записи, интегрированные с их воздушным подшипником, что значительно снизило стоимость производства на единицу. [5] Тонкопленочные головки были намного меньше головок MIG и, следовательно, позволяли использовать меньшие записанные элементы. Тонкопленочные головки позволили 3,5-дюймовым дискам достичь емкости хранения 4 ГБ в 1995 году. Геометрия зазора головки была компромиссом между тем, что лучше всего подходило для чтения, и тем, что лучше всего подходило для записи. [4]
Следующим усовершенствованием головки в конструкции головки стало отделение пишущего элемента от считывающего элемента, что позволило оптимизировать тонкопленочный элемент для записи и отдельный тонкопленочный элемент головки для чтения. Отдельный считывающий элемент использует магниторезистивный (МР) эффект, который изменяет сопротивление материала в присутствии магнитного поля. Эти МР-головки способны надежно считывать очень маленькие магнитные особенности, но не могут использоваться для создания сильного поля, используемого для записи. Термин AMR (анизотропный МР) используется для отличия от более позднего введенного улучшения в технологии МР, называемого GMR ( гигантское магнитосопротивление ) и TMR (туннельное магнитосопротивление).
Переход к носителям с перпендикулярной магнитной записью ( ПМЗ ) имеет важные последствия для процесса записи и записывающего элемента структуры головки, но в меньшей степени для датчика считывания МР структуры головки. [6]
Внедрение головки AMR в 1990 году компанией IBM [7] привело к периоду быстрого увеличения плотности записи примерно на 100% в год.
В 1997 году гигантские магниторезистивные головки GMR начали заменять головки AMR. [7]
Начиная с 1990-х годов был проведен ряд исследований эффектов колоссального магнитосопротивления (КМС), которые могут позволить еще больше увеличить плотность. Но до сих пор это не привело к практическим применениям, поскольку требует низких температур и большого размера оборудования. [8] [9]
В 2004 году компания Seagate представила первые накопители, использующие головки туннельного MR ( TMR ) [7], что позволило 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 до начала операции записи, чтобы обеспечить близость полюса записи к диску и носителю. Это улучшает записанные магнитные переходы, гарантируя, что поле записи головки полностью насыщает магнитный дисковый носитель. Тот же подход термического срабатывания можно использовать для временного уменьшения расстояния между дисковым носителем и датчиком считывания во время процесса обратного считывания, тем самым улучшая силу сигнала и разрешение. К середине 2006 года другие производители начали использовать аналогичные подходы в своих продуктах.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )