Головка записи-чтения

Пластины (диски)

Пластины — это диски из алюминиевого сплава или стеклообразного материала (стеклянные пластины получили в последнее время более широкое распространение), поверхность которых покрыта несколькими слоями магнитных и немагнитных материалов, защищенных сверху тонким слоем алмазоподобного графита. Размер и ориентация частиц магнитного слоя определяют вместе с размерами зазора магнитной головки возможную плотность записи. Заметим, что поверхностная плотность записи имеет две составляющие — продольную (определяется размером магнитных доменов, представляющих каждый бит одной дорожки) и поперечную (определяется расстоянием между соседними дорожками). Диаметр пластин большинства современных накопителей 95 мм (такие диски называют 3,5 дюйм) или 64 мм (2,5 дюйма). Существуют диски с диаметром пластин 1,8 (46 мм), 1 (25 мм) и даже 0,85 дюйма (22 мм). 2,5 дюйм диски чаще

всего используются в ноутбуках, хотя сейчас наметилась тенденция к применению 2,5 дюйм накопителей в серверах и рабочих станциях, так как уменьшение диаметра пластин

позволяет снизить время поиска. Чтобы избежать сверхпарамагнитного эффекта, применяется специальное многослойное покрытие с антиферромагнитной связью (AFC,

AntiFerromagnetically Coupled). Такое покрытие, неофициально называемое «пыльцой эльфов», состоит из двух магнитных слоев, «проложенных» тончайшим (толщина составляет всего три атомных диаметра!) слоем парамагнитного металла рутения. В этом «сэндвиче» вместо одиночных магнитных доменов образуются магнитные пары с противоположно направленными векторами намагниченности, обеспечивающие повышенную стойкость к размагничиванию. Кроме того, используются так называемые синтетические ферримагнетики (SFM). Пластины укреплены на шпинделе двигателя, который вращает их с весьма высокими угловыми скоростями (до 15 тыс. об/мин). С ростом поверхностной плотности записи и скоростей вращения оказалось, что традиционные двигатели с шариковыми подшипниками не удовлетворяют возросшим требованиям по боковым биениям пластин (они возникают из-за неидеально шарообразной формы шариков подшипника), шуму и вибрациям. Поэтому им на смену в большинстве современных накопителей пришли двигатели с гидродинамическими подшипниками (FDB, Fluid Dynamic Bearing), в которых вместо шариков используется специальное масло. Гидродинамические подшипники позволили также снизить уровень шума и повысить ударостойкость накопителей.

Головка записи-чтения — ключевой элемент НЖМД. Ее чувствительность и величина магнитного зазора в значительной степени определяют плотность записи накопителя. Ферритовые головки первых НЖМД уступили место тонкопленочным, а затем магниторезистивным (MR) плотность записи до 3 Гбит/дюйм², супермагниторезистивным (GMR) плотность записи до 10 Гбит/дюйм² и туннельным магниторезистивным (TMR) головкам. Пока в большинстве моделей НЖМД используется продольная запись, предполагающая поворот магнитных частиц, ориентация которых представляет единицы и нули битов данных, в плоскости магнитного покрытия. Но этот способ записи уже исчерпал свои возможности повышения плотности. В поисках путей очередного «обмана» сверхпарамагнитного эффекта исследователи обратились к продемонстрированному более 100 лет назад датским ученым Вальдемаром Паульсеном способу перпендикулярной магнитной записи. Технология перпендикулярной записи развивалась с переменным успехом до 1976 г., когда Суничи Ивасаки, директор известного японского Технологического института Тохоку, показал, что такой способ записи обеспечивает заметное увеличение плотности. Чтобы пояснить разницу между продольным и перпендикулярным методами записи, представим магнитные частицы, хранящие биты данных, в виде микроскопических магнитиков. При традиционной продольной записи они располагаются друг за другом вдоль дорожки. Если предположить, что данные состоят из чередующихся единиц и нулей, то магнитики расположатся так, что северный полюс одного окажется возле северного полюса другого. То же можно сказать о южных полюсах. Из-за взаимного отталкивания одноименных полюсов магнитики будут стремиться развернуться. При перпендикулярной записи магнитики, представляющие чередующиеся биты данных, стоят вертикально, и рядом друг с другом оказываются их разноименные полюса, которые, как известно, притягиваются. Такая структура позволяет разместить магнитные частицы гораздо плотнее без потери стабильности.

Для записи данных на диск применяют различные способы кодирования, в первых моделях использовалась частотная модуляция (FM – Frequency Modulation), более эффективна модифицированная частотная модуляция (MFM), при которой синхросигнал вводится только при кодировании смежных нулевых битов, что позволяет удвоить плотность записи. Обе схемы (FM, MFM) являются схемами побитного кодирования, более эффективны схемы группового кодирования (RLL – Run Length Limited кодирование с ограничением длины серий).

Рис. 7.2 Продольный и поперечный метод записи

Традиционный способ записи на магнитную пластину (вверху). При уменьшении размеров единичных ячеек с горизонтальной намагниченностью резко увеличивается вероятность их спонтанного размагничивания. Новый способ, предложенный Fujitsu (внизу). Использование дополнительного подслоя и вертикального намагничивания позволяет достичь в восемь раз большей плотности записи.

Рост плотности записи на пластины жестких дисков неизбежно ведет к уменьшению размеров считывающего элемента головки. При субмикронных размерах считывающих элементов головок современных и перспективных накопителей с перпендикулярной записью платиново-марганцевый сплав, традиционно использовавшийся для их изготовления, уже не обеспечивает должной стабильности поля связанного слоя (pinned layer). Замена платины на иридий и добавление в сплав хрома в сочетании с тончайшим слоем рутения между двумя связанными слоями позволили исследователям компании Hitachi почти вдвое повысить стабильность головки и ее устойчивость к воздействиям окружающей среды.

Головка «летит» над поверхностью вращающейся пластины на расстояниях порядка 10—15 нм. Расстояние от головки до магнитного слоя при этом заметно больше — до 30 нм. Защитный слой из алмазоподобного графита, наносимый на головку и пластины, обладает чрезвычайно высокими прочностью и гладкостью, так что «падение» головки на поверхность пластины в случае, например, непредвиденной остановки двигателя не приводит в современных накопителях к выходу их из строя, как это было в НЖМД первых поколений. Для повышения надежности записи информации на пластины важно обеспечить постоянство зазора между головкой и пластиной. Он стабилизируется с помощью технологии термического управления высотой полета головки чтения-записи над поверхностью пластины, называемой Thermal Fly Height Control (TFC). В головку встраивается микроскопический нагревательный элемент, при пропускании тока через который конфигурация головки немного изменяется («выгибается»), благодаря чему меняется зазор между головкой и пластиной.

Дата добавления: 2014-01-06