Scheibenlesen und Schreiben

Ein Festplattenkopf und ein Armarm auf einer Platte
Mikrofotograf eines Festplattenkopfes. Die Größe der Vorderseite beträgt ca. 0,3 mm. Ein funktionaler Teil des Kopfes ist die runde, orangefarbene Struktur in der Mitte - die lithografisch Definierte Kupferspule des Schreibens Wandler. Beachten Sie auch die elektrischen Verbindungen durch Drähte, die an goldplattierte Pads gebunden sind.
Read -Write -Kopf eines 3 TB -Festplattenantriebs, der 2013 hergestellt wurde. Die dunkle rechteckige Komponente ist die Schieberegler und ist 1,25 mm lang. Die Lese-/Schreibkopfspulen befinden sich links vom Schieberegler. Die Plattenoberfläche bewegt sich von rechts nach links vorbei am Kopf.

Festplattenlesen-/Schreibköpfe sind die kleinen Teile von a Festplattenantrieb die sich über der Scheibenplatte bewegen und das Magnetfeld der Platte in einen elektrischen Strom verwandeln (lesen Sie die Festplatte) oder umgekehrt den elektrischen Strom in Magnetfeld (schreiben Sie die Festplatte).[1] Die Köpfe haben im Laufe der Jahre eine Reihe von Veränderungen durchlaufen.

In einer Festplatte die Köpfe fliegen über der Scheibeoberfläche mit Clearance von nur 3 Nanometer. Das fliegende Höhe hat mit jeder neuen Technologiegeneration abgenommen, um höher zu ermöglichen Flächendichte. Die Flughöhe des Kopfes wird durch das Design eines kontrolliert Luftlager auf die scheibengerichtete Oberfläche der geätzt Schieberegler. Die Rolle der Luftlager besteht darin, die Flughöhe konstant zu halten, wenn sich der Kopf über die Oberfläche der Scheibe bewegt. Die Luftlager sind sorgfältig ausgelegt, um die gleiche Höhe über die gesamte Platte zu halten, trotz unterschiedlicher Geschwindigkeiten, abhängig von der Strecke von der Mitte der Platte.[2] Wenn der Kopf auf die Oberfläche der Scheibe trifft, ein Katastrophen Head-Crash kann dazu führen.

Induktive Köpfe

Induktive Köpfe verwenden das gleiche Element sowohl für das Lesen als auch für das Schreiben.

Traditioneller Kopf

Die Köpfe selbst begannen ähnlich wie die Köpfe in Kassettenrekorder-Einfacher Geräte aus einem winzigen C-förmigen Stück hochmagnetisierbares Material wie z. Permalloy oder Ferrit In eine feine Drahtspule eingewickelt. Beim Schreiben wird die Spule energetisiert, eine starke Magnetfeld Formen in der Lücke des C, und die Aufzeichnungsfläche neben dem Lücken wird magnetisiert. Beim Lesen dreht sich das magnetisierte Material an den Köpfen vorbei, das Eisenkern konzentriert das Feld und a aktuell wird in der Spule erzeugt. In der Lücke ist das Feld sehr stark und ziemlich eng. Diese Lücke entspricht ungefähr der Dicke der Magnetmedien auf der Aufnahmebereich. Die Lücke bestimmt die Mindestgröße eines aufgezeichneten Bereichs auf der Festplatte. Ferrite -Köpfe sind groß und schreiben ziemlich große Merkmale. Sie müssen auch ziemlich weit von der Oberfläche geflogen werden, wodurch stärkere Felder und größere Köpfe erforderlich sind.[3]

Metall-in-Gap-Köpfe (MIG)

Metall-in-Lack (Mig) Köpfe sind Ferrit Köpfe mit einem kleinen Stück Metall In der Kopflücke, die das Feld konzentriert. Auf diese Weise können kleinere Funktionen gelesen und geschrieben werden. MIG-Köpfe wurden durch Dünnfilmköpfe ersetzt.

Dünnfilmköpfe

Erstmals 1979 auf die eingeführt IBM 3370 Festplattenantrieb, Dünnfilmtechnologie Verwenden Sie photolithografische Techniken, die denen ähneln, die auf Halbleitergeräten verwendet werden, um HDD-Köpfe mit geringerer Größe und einer größeren Präzision herzustellen als die anschließenden Ferrit-basierten Designs. Dünnfilmköpfe ähneln elektronisch ähnlich wie Ferritköpfen und verwendeten dieselbe Physik. Dünne Schichten aus magnetischen (NI -FE), Isolier- und Kupferspulenverdrahtungsmaterialien werden auf Keramiksubstraten gebaut, die dann physisch in einzelne Lese-/Schreibköpfe unterteilt werden, die in ihre Luftlager integriert sind und die Herstellungskosten pro Einheit erheblich reduzieren.[4] Dünnfilmköpfe waren viel kleiner als MIG-Köpfe und ermöglichten daher kleinere aufgezeichnete Funktionen. Dünnfilmköpfe ermöglichten 1995 3,5-Zoll Geometrie Of The Head Gap war ein Kompromiss zwischen dem, was am besten zum Lesen geeignet war und dem, was am besten zum Schreiben geeignet war.[3]

Magnetoresistive Köpfe (MR -Köpfe)

Weitere Informationen: Riesenmagnetoresistenz

Die nächste Kopfverbesserung des Kopfdesigns bestand darin, das Schreibelement vom Leseelement zu trennen, das die Optimierung eines Dünnfilmelements zum Schreiben und eines separaten Kopfelements zum Lesen ermöglichte. Das separate Leseelement verwendet das magnetorestiv (MR) Effekt, der den Widerstand eines Materials in Gegenwart von Magnetfeld verändert. Diese MR -Köpfe sind in der Lage, sehr kleine magnetische Merkmale zuverlässig zu lesen, können jedoch nicht verwendet werden, um das für das Schreiben verwendete starke Feld zu erstellen. Der Begriff AMR (Anisotropic MR) wird verwendet, um sie von der später eingeführten Verbesserung der MR -Technologie zu unterscheiden, die genannt wird GMR (Riesenmagnetoresistenz) und "TMR" (Tunnelmagnetoresistenz).

Der Übergang zu Senkrechte Magnetaufzeichnung (PMR) Medien haben große Auswirkungen auf den Schreibprozess und das Schreibelement der Kopfstruktur, jedoch weniger für den MR -Lesesensor der Kopfstruktur.[5]

AMR -Köpfe

Die Einführung des AMR -Kopfes im Jahr 1990 von IBM[6] führte zu einem Zeitraum von schnellen Flächendichte um etwa 100% pro Jahr.

GMR -Köpfe

1997 GMR ersetzten riesige magnetoresistive Köpfe AMR -Köpfe.[6]

Seit den 1990er Jahren wurden eine Reihe von Studien über die Auswirkungen von durchgeführt kolossale Magnetoresistenz (CMR), was eine noch größere Erhöhung der Dichte ermöglichen kann. Bisher hat es jedoch nicht zu praktischen Anwendungen geführt, da es niedrige Temperaturen und große Gerätegröße erfordert.[7][8]

TMR -Köpfe

Im Jahr 2004 die ersten Antriebe Tunneling MR (Tmr) Die Köpfe wurden von vorgestellt von Seagate[6] 400 GB -Laufwerke mit 3 Scheibenplatten zulassen. Seagate führte TMR -Köpfe mit integrierten mikroskopischen Heizungsspulen ein, um die Form des Wandler Region des Kopfes während des Betriebs. Die Heizung kann vor Beginn eines Schreibvorgangs aktiviert werden, um die Nähe des Schreibpols zur Festplatte/zum Medium sicherzustellen. Dies verbessert die schriftlichen magnetischen Übergänge, indem sichergestellt wird, dass das Schreibfeld des Kopfes vollständig gesättigt Das Magnetscheibenmedium. Der gleiche Ansatz der thermischen Betätigung kann verwendet werden, um die Trennung zwischen dem Festplattenmedium und dem Lesesensor während des Reesackprozesses vorübergehend zu verringern, wodurch die Signalstärke und -auflösung verbessert werden. Mitte 2006 haben andere Hersteller begonnen, ähnliche Ansätze in ihren Produkten zu verwenden.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Mee, C.; Daniel, Eric D. (1996). Magnetische Aufzeichnungstechnologie. New York: McGraw-Hill. p. 7.1. ISBN 978-0-07-041276-7.
  2. ^ August 2011, BestofMedia -Team 31. "Festplatten 101: Magnetische Speicherung". Toms Hardware. Abgerufen 2021-06-09.
  3. ^ a b "Lese-/Schreibkopfdesigns: Ferrit, Metall-in-Lap und Dünnfilm-Festplatten 101: Magnetische Speicherung". Toms Hardware. 2011-08-30. Abgerufen 2019-04-13.
  4. ^ "1979: Dünnfilmköpfe für große Scheiben eingeführt". Computergeschichte Museum. 2. Dezember 2015. Abgerufen 19. Juni, 2019.
  5. ^ Iwasaki, Shun-Ochi (Februar 2009). "Senkrechte Magnetaufzeichnung - Iss -Entwicklung und Erkenntnis -". Proceedings der Japan Academy. Serie B, physische und biologische Wissenschaften. 85 (2): 37–54. Bibcode:2009pjab ... 85 ... 37i. doi:10.2183/pjab.85.37. ISSN 0386-2208. PMC 3524294. PMID 19212097.
  6. ^ a b c Christopher H. Bajorek (November 2014). "Magnetoresistive (MR) Köpfe und die frühesten MR-Kopf-Basis-Laufwerke: Sägewerk und Corsair" (PDF). Computergeschichte Museum, Mountain View, CA. Archiviert von das Original (PDF) Am 2015-12-20. Abgerufen 2015-09-25.
  7. ^ "Chemiker, die neues Material mit Computer -Festplattenmöglichkeiten der nächsten Generation erforschen". Die Universität von Aberdeen News. 27. Januar 2014.
  8. ^ Dagotto, Elbio (14. März 2013). "Kurze Einführung in die riesige Magnetoresistenz (GMR)". Nanoskala -Phasentrennung und kolossale Magnetoresistenz: Die Physik von Manganiten und verwandten Verbindungen. Springer Serie in Festkörperwissenschaften. Vol. 136. Springer Science & Business Media. S. 395–396. doi:10.1007/978-3-662-05244-0_21. ISBN 9783662052440.

Externe Links