Головка чтения-записи диска

Головка чтения-записи диска — это крошечная часть жёсткого диска, которая движется над поверхностью диска и преобразует магнитное поле пластины в электический ток (чтение диска) или наоборот, преобразует электрический ток в магнитоное поле (запись на диск)[1]. С годами головки прошли через ряд измененй.

В жёстком диске головки летят над поверхностью диска с просветом менее 3 нанометров. Высота полёта головки уменьшается с каждым новым поколением технологии для обеспечения более высокой поверхностной плотности. Высота полёта головки контролируется конструкцией воздушного подшипника вытравленного на поверхности башмака-ползуна, обращённой к диску. Роль воздушной подушки заключается в поддержании постоянной высоты полёта, когда головка перемещается над поверхностью диска. Воздушные подшипники тщательно спроектированы так, чтобы сохранять одинаковую высоту полёта по всей поверхности диска, несмотря на различные скорости в зависимости от расстояния головки от центра диска[2]. Если головка коснётся поверхности диска, это может привести к катастрофическому крушению головки, поскольку головки часто имеют покрытие из углерода, подобного алмазу[3].

Индуктивные головки

Индуктивные головки используют один и тот же элемент как для чтения, так и для записи.

Традиционная головка

Изначально головки были похожи на головки магнитофонов — простые устройства, состоящие из крошечного С-образного элемента из высокомагнитных материалов (пермалоя или феррита), обмотанного тонкой проволочной катушкой. При записи катушка находится под напряжением, в зазоре С-образного элемента образуется сильное магнитное поле, которое намагничивает поверхность записи, прилегающую к зазору. При чтении намагниченный материал вращается мимо головок, ферритовый сердечник ферритовый сердечник концентрирует поле и в катушке генерируется электрический 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 крупные и записывают довольно крупные элементы. Они также должны находиться на некотором расстоянии от поверхности, что требует более сильных полей и более крупных головок[4].

Головки с металлическим зазором

Головки с металлическим зазором (Metal-in-gap, MIG) — это ферритовые головки с маленьким кусочком металла в зазоре головки, который концентрирует поле. Это позволяет считывать и записывать более мелкие элементы. Головки MIG были вытеснены тонкопленочными головками.

Тонкоплёночные головки

Технология тонких плёнок, впервые появившаяся в 1979 году в дисководе IBM 3370, использует фотолитографические методы, аналогичные применяемым в полупроводниковых устройствах, для изготовления головок жёстких дисков. В то время эти головки были меньше и точнее, чем использовавшиеся тогда ферритовые головки. Они были электронно схожи с ними и использовали ту же физику. Тонкие слои магнитных (Ni–Fe) материалов, изоляционных материалов и медной проводки наносились на керамические подложки, которые затем физически разделялись на отдельные головки чтения/записи, интегрированные с воздушным подшипником, что значительно снизило производственные затраты на единицу продукции[5]. Тонкоплёночные головки были намного меньше головок типа MIG поэтому позволяли использовать меньшие записанные элементы. Тонкоплёночные головки позволили дисководам размером 3,5 дюйма достичь ёмкости 4 ГБ в 1995 году. Геометрия зазора головки представляла собой компромисс между оптимальными условиями для чтения и записи[4].

Магниторезистивные головки

Подробное рассмотрение темы: Гигантское магнетосопротивление

Следующим улучшением в дизайне головки стало разделение элемента записи и элемента чтения, что позволило оптимизировать тонкоплёночный элемент для записи и отдельный тонкоплёночный элемент для чтения. Отдельный элемент чтения использует эффект магниторезистивности (magnetoresistance, MR), при котором изменяется сопротивление материала в присутствии магнитного поля. Эти MR-головки способны надёжно считывать очень маленькие магнитные особенности, но не могут создавать сильное поле, необходимое для записи. Термин AMR (Анизотропная MR) используется для различения его от позднее введенного улучшения в технологии MR, называемого GMR (гигантское магнетосопротивление) и TMR (туннельная магниторезистивность).

Переход на перпендикулярную магнитную запись (PMR) имеет серьёзные последствия для процесса записи и элемента записи в структуре головки, но в меньшей степени для MR-сенсора чтения в этой структуре[6].

Головки AMR

Внедрение головки AMR в 1990 году компанией IBM[7] привело к периоду быстрого увеличения плотности записи примерно на 100% в год.

Головки GMR

в 1997 году головки GMR, головки гигантского магнетосопротивления, начали вытеснять головки AMR[7].

С 1990-х годов было проведено множество исследований, посвященных эффектам колоссального магнетосопротивления (Colossal magnetoresistance, CMR), которые потенциально могут обеспечить ещё более значительное увеличение плотности записи. Однако на данный момент это не привело к практическому применению из-за необходимости низких температур и больших габаритов оборудования[8][9].

Головки TMR

В 2004 году Seagate представила первые жёсткие диски с головками, использующими туннельное MR (Tunnel magnetoresistance, TMR) [7], что позволило создавать накопители ёмкостью 400 ГБ с тремя магнитными пластинами. Seagate внедрила головки TMR с интегрированными микроскопическими нагревательными спиралями для регулирования формы области преобразователя головки во время работы. Нагреватель может быть активирован перед началом операции записи, чтобы обеспечить близость записывающего полюса к носителю. Это улучшает записанные магнитные переходы, гарантируя, что записывающее поле головки полностью насыщает магнитный носитель диска. Тот же подход с термическим приводом может использоваться для временного уменьшения зазора между носителем диска и считывающим датчиком во время процесса считывания, тем самым улучшая силу сигнала и разрешение. К середине 2006 года другие производители начали применять аналогичные подходы в своей продукции.

См. также

  • Applied Magnetics Corporation, когда-то крупнейший поставщик дисковых головок
  • Ленточная магнитная головка

Примечания

  1. ↑ C. Mee, Eric D. Daniel. Magnetic recording technology. — New York: McGraw-Hill, 1996. — С. 7.1. — ISBN 978-0-07-041276-7.
  2. ↑ Hard Drives 101: Magnetic Storage (англ.). Tom's Hardware (31 августа 2011). Дата обращения: 9 июня 2021.
  3. ↑ Yasuyuki Goto, Norikazu Nakamura, Akiyo Mizutani, Hiroshi Chiba, Keiji Watanabe. Head Disk Interface Technologies for High Recording Density and Reliability // Fujitsu Scientific & Technical Journal том=42. — 2005. — 14 июля. — С. 113-121. Архивировано 19 июля 2025 года.
  4. ↑ 1 2 Read/Write Head Designs: Ferrite, Metal-In-Gap, And Thin-Film - Hard Drives 101: Magnetic Storage (англ.). Tom's Hardware (30 августа 2011). Дата обращения: 13 апреля 2019.
  5. ↑ 1979: Thin-film heads introduced for large disks. Computer History Museum (2 декабря 2015). Дата обращения: 19 июня 2019.
  6. ↑ Shun-ichi IWASAKI. Perpendicular magnetic recording—Its development and realization— // Proceedings of the Japan Academy. Series B, Physical and Biological Sciences. — 2009. — Февраль (т. 85, вып. 2). — С. 37–54. — ISSN 0386-2208. — doi:10.2183/pjab.85.37. — Bibcode:2009PJAB...85...37I. — PMID 19212097. — PMC 3524294.
  7. ↑ 1 2 3 Christopher H. Bajorek. Magnetoresistive (MR) Heads and the Earliest MR Head-Based Disk Drives: Sawmill and Corsair // Computer History Museum, Mountain View, CA. — 2014. — Ноябрь. Архивировано из оригинала 20 декабря 2015 года.
  8. ↑ Chemists exploring new material with 'next generation' computer hard drive possibilities. The University of Aberdeen News. 27 января 2014.
  9. ↑ Elbio Dagotto. Brief Introduction to Giant Magnetoresistance (GMR) // Nanoscale Phase Separation and Colossal Magnetoresistance: The Physics of Manganites and Related Compounds. — Springer Science & Business Media, 2013. — Т. 136. — С. 395–396. — (Springer Series in Solid-State Sciences). — ISBN 9783662052440. — doi:10.1007/978-3-662-05244-0_21.

Ссылки

Эта статья взята у (из) Википедия. Текст лицензируется по Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0. К медиа файлам могут применятся дополнительные условия.