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

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 . 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. Если головка коснётся поверхности диска, это может привести к катастрофическому крушению головки, поскольку головки часто имеют покрытие из углерода, подобного алмазу.

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.

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 , 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. 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.

Магниторезистивные головки

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.

Головки AMR Внедрение головки AMR в 1990 году компанией IBM 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.

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.

Головки TMR В 2004 году Seagate представила первые жёсткие диски с головками, использующими туннельное MR (Tunnel magnetoresistance, TMR) , 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 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 , когда-то крупнейший поставщик дисковых головок

Примечания

Ссылки The PC Guide: Function of the Read/Write Heads IBM Research: GMR introduction, animations Hitachi Global Storage Technologies: Recording Head Materials

Категория:Устройства хранения данных компьютера Категория:Жёсткие диски Категория:Магнитные устройства