Головки чтения/записи
Головки чтения/записи служат интерфейсом между физическим магнитным материалом, на котором хранятся данные, и электронными компонентами жесткого диска. Головки работают по принципу конвертации битов в наборы магнитных импульсов и сохранения их на пластинах, а также осуществляют обратный процесс, когда нужно считать данные.
Головки чтения/записи оказывают критическое влияние на такие характеристики винчестера, как скорость линейного чтения/записи и время доступа. Обычно, они составляют самую дорогостоящую часть в накопителе. Для улучшения поверхностной плотности записи и роста скорости чтения, требуются все более сложные технологии изготовления магнитных головок, которые служат главной точкой отсчета при проектировании нового винчестера с улучшенными характеристиками скорости, времени доступа и плотности записи.
Функционирование магнитных головок чтения/записи
Концепция магнитных головок относительно проста. Их можно представить в виде конверторов энергии: они транслируют электрические сигналы в магнитные сигналы, и магнитные сигналы в электрические. Головки в магнитофонах осуществляют похожие функции, но используют совсем другую технологию. Головки чтения/записи по своему существу являются электромагнитами, осуществляющими конверсию электрически представленной информации в магнитно представленную информацию и наоборот. Каждый бит данных записывается на поверхность пластины с использованием специального метода кодирования (encoding method), который транслирует нули и единицы в наборы знакопеременных магнитных импульсов.
Старые традиционные магнитные головки, такие как ферритовые или тонкопленочные, работали, используя два главных принципа электромагнитных сил. Первый состоит в том, что прохождение электрического тока через катушку, вызывает появление магнитного поля. Этот принцип использовался при записи информации на поверхность пластины. Направление напряженности магнитного поля меняется в зависимости от направления течения электрического тока в катушке. Второй принцип обратный первому: магнитное поле, приложенное к катушке, вызывает течение электрического тока. Этот принцип используется при чтении информации с поверхности пластины. Направление течения электрического тока зависит от направления напряженности магнитного поля. Новые магнитные головки (MR и GMR) не используют наводимый ток в катушке для чтения информации с поверхности магнитной пластины. Они функционируют, используя принцип магниторезестивности: некоторые материалы меняют свое сопротивление в зависимости от приложенного магнитного поля.
Приведенный рисунок показывает, как уменьшался размер одного записанного бита информации: ширина и длина одного бита информации для различных плотностей записи. В то время как размер записанного бита уменьшается, а сами биты пакуются все теснее друг к другу, требуются более чувствительные магнитные головки для надежного детектирования и интерпретирования данных. Современные жесткие диски давно перешли порог в 10 гигабит на квадратный дюйм, а несколько лет назад жесткий диск с плотностью записи в 1 гигабит на квадратный дюйм был верхом совершенства.
Современные головки обычно называются "головками чтения-записи", в то время как еще недавно, для записи и чтения информации использовался один и тот же элемент. Современные головки - MR и GMR - это композиты, которые включают в себя различные элементы для записи и для чтения. Такое устройство головки сложнее в производстве, в силу того, что нельзя использовать эффект магниторезестивности для записи данных. Такие головки, имея различные части для записи и для чтения, позволяют идеально подобрать элемент для чтения и элемент для записи информации, в отличие от старых головок с одним элементом, которые разрабатывались в компромиссе между хорошей настройкой для чтения и хорошей настройкой для записи.
При уменьшении размера одного бита, занимаемого на поверхности пластины, очень важно не допускать эффекта интерференции между соседними битами. В силу этого используются достаточно слабые магнитные поля. Увеличивая поверхностную плотность пластины, требуется уменьшение напряженности магнитных полей, представляющих искомые данные, что требует более чуствительных элементов чтения для достоверного отличия единиц и нулей. По этой причине на рынок вышли магниторезистивные MR (magneto resistive head) и GMR (giant magneto resistive head) головки. Они более чувствительны и могут быть достаточно малыми в размерах, что также является не маловажным фактором. Используются специальные цепи усиления и распознавания для перехода от слабых электрических импульсов к цифровым данным, читаемым с поверхности пластин. Также требуется использования специальных цепей детектирования и коррекции ошибок. Кроме этого, некоторые головки включают в себя некое подобие магнитного щита, используемого для ограждения головок от внешних магнитных полей.