Головка чтения-записи диска

Головка чтения-записи диска — это миниатюрный компонент жёсткого диска, который перемещается над поверхностью магнитных пластин и осуществляет преобразование магнитных полей в электрические сигналы при считывании данных, а также преобразует электрические токи в магнитные поля при записи информации. Конструкция головок претерпела значительную эволюцию с момента создания первых накопителей.

В современных жёстких дисках головки парят над поверхностью пластин с зазором менее 3 нанометров, причём эта величина постоянно уменьшается с развитием технологий для достижения более высокой плотности записи. Высота полёта регулируется гидравлическими и пневматическими подшипниками, сформированными на поверхности башмака-ползуна, обращённой к диску. Воздушная подушка обеспечивает поддержание постоянного расстояния между головкой и поверхностью диска при перемещении головки. Конструкция воздушных подшипников тщательно рассчитывается для сохранения одинаковой высоты полёта по всей поверхности диска, несмотря на разную линейную скорость в зависимости от расстояния до центра вращения. Контакт головки с поверхностью диска может привести к катастрофическому повреждению, поскольку головки обычно имеют защитное покрытие из алмазоподобного углерода.

Индуктивные головки[править | править код]

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

Традиционная конструкция[править | править код]

Первоначально головки напоминали аналогичные устройства в магнитофонах — простые конструкции, состоящие из С-образного сердечника из высокомагнитных материалов (пермаллой или феррит), вокруг которого наматывалась тонкая проволочная катушка. При записи на катушку подаётся напряжение, создавая в зазоре сердечника сильное магнитное поле, которое намагничивает прилегающий участок поверхности носителя. При считывании намагниченные участки, проходя мимо головки, создают магнитный поток, концентрируемый ферритовым сердечником, что индуцирует электрический ток в катушке. Зазор в сердечнике имеет высокую напряжённость поля и узкую зону воздействия, примерно соответствующую толщине магнитного слоя на поверхности носителя. Этот зазор определяет минимальный размер записываемой области. Ферритовые головки отличались значительными габаритами и записывали относительно крупные магнитные домены. Требование определённого расстояния до поверхности диска обуславливало необходимость использования более мощных полей и увеличенных размеров головок.

Головки с металлическим зазором[править | править код]

Головки типа MIG (Metal-in-gap) представляли собой ферритовые конструкции с дополнительным металлическим элементом в зазоре, который усиливал концентрацию магнитного поля. Такое решение позволяло работать с меньшими магнитными доменами. В дальнейшем головки MIG были заменены тонкоплёночными аналогами.

Тонкоплёночные головки[править | править код]

Тонкоплёночная технология, впервые применённая в 1979 году в дисководе IBM 3370, использовала методы фотолитографии, аналогичные производству полупроводниковых приборов, для создания головок жёстких дисков. Эти головки обладали меньшими размерами и большей точностью по сравнению с ферритовыми аналогами того времени. При сохранении физических принципов работы и электронной схемотехники, тонкие слои магнитных материалов (сплав никель-железо), изоляторов и медных проводников наносились на керамические подложки с последующим разделением на отдельные головки чтения/записи, интегрированные с воздушным подшипником, что существенно снизило себестоимость производства. Меньшие габариты тонкоплёночных головок позволили уменьшить размер записываемых элементов. Данная технология обеспечила достижение ёмкости 4 ГБ для 3,5-дюймовых накопителей к 1995 году. Конфигурация зазора головки представляла собой компромиссное решение между оптимальными параметрами для операций чтения и записи.

Магниторезистивные головки[править | править код]

Следующим этапом развития стало разделение записывающего и считывающего элементов, что позволило независимо оптимизировать тонкоплёночный элемент для записи и отдельный элемент для чтения. Считывающий элемент использует магниторезистивный эффект (MR), при котором изменяется электрическое сопротивление материала под воздействием магнитного поля. MR-головки обеспечивали надёжное считывание минимальных магнитных доменов, но не могли генерировать достаточно сильное поле для записи. Термин AMR (анизотропное магнитосопротивление) применяется для区分 от последующих усовершенствований технологии MR, известных как GMR (гигантское магнитосопротивление) и TMR (туннельное магнитосопротивление).

Переход на перпендикулярную магнитную запись (PMR) оказал существенное влияние на процесс записи и конструкцию записывающего элемента, но в меньшей степени затронул MR-сенсор чтения в структуре головки.

Головки AMR[править | править код]

Внедрение головок AMR компанией IBM в 1990 году инициировало период быстрого роста плотности записи со средним годовым приростом около 100%.

Головки GMR[править | править код]

С 1997 года головки гигантского магнитосопротивления (GMR) начали постепенно вытеснять AMR-технологию.

С 1990-х годов проводились многочисленные исследования колоссального магнитосопротивления (CMR), которые теоретически могли обеспечить дальнейшее значительное увеличение плотности записи. Однако практическая реализация этих разработок ограничена необходимостью работы при низких температурах и использованием громоздкого оборудования.

Головки TMR[править | править код]

В 2004 году компания Seagate Technology выпустила первые жёсткие диски с головками, использующими туннельное магнитосопротивление (TMR), что позволило создать накопители ёмкостью 400 ГБ с тремя магнитными пластинами. Seagate внедрила TMR-головки со встроенными микроскопическими нагревательными элементами для управления формой преобразователя головки во время работы. Активация нагревателя перед операцией записи обеспечивает приближение записывающего полюса к носителю, что улучшает качество магнитных переходов и гарантирует полное проникновение записывающего поля в магнитный слой диска. Аналогичный термический метод может применяться для временного уменьшения зазора между носителем и считывающим датчиком в процессе чтения, повышая уровень сигнала и разрешающую способность. К середине 2006 года другие производители也开始 применять сходные решения в своей продукции.

См. также[править | править код]

Komag — ранее крупный поставщик дисковых головок
Магнитная запись

Примечания[править | править код]

Ссылки[править | править код]

The PC Guide: [1]
IBM Research: [2]
Hitachi Global Storage Technologies: [3]

Ссылки[править | править код]