4.2. Физические принципы магнитной записи. Магнитная головка
В основе магнитной записи лежат следующие физические явления: возникновение магнитного поля вокруг проводника с током, остаточная намагниченность магнитных материалов и электромагнитная индукция [7]. Информация кодируется в виде последовательности импульсов тока, которые проходя через катушку магнитной головки МГ создают переменное магнитное поле. Сердечник МГ концентрирует это поле над участком поверхности магнитного диска, покрытого материалом с большой остаточной намагниченностью. Поскольку диск вращается, то на его поверхности формируется намагниченная дорожка, как показано на рис.4.2.
Рис.4.2. Тонкопленочная магнитная головка НГМД.
Магнитная головка представляет собой миниатюрную конструкцию, выполненную на основа тонкопленочных технологий. На ферритовое основание МГ наносится слой со спиральной катушкой, слой немагнитного материала в области формирования магнитного зазора и слой феррита, образующего второй полюс МГ. Специальная бороздка, заполненная немагнитным материалом, позволяет формировать в зазоре между полюсами магнитное поле необходимой конфигурации и напряженности, обеспечивая надежную запись и чтение сохраняемой информации на поверхности диска.
Магнитная головка создает на дорожке последовательность областей намагниченности с различной ориентацией. Для описания процесса записи используются следующие понятия:
магнитный переход - граница между областями намагниченности с разной ориентацией;
магнитный триггер (МТ) - минимальное расстояние между магнитными переходами,
битовая ячейка (БЯ) - участок магнитной дорожки, отведенный для записи одного бита информации.
В зависимости от ориентации МГ относительно оси магнитной дорожки и свойств магнитного покрытия диска различают следующие способы записи: продольная, поперечная и вертикальная. Продольный способ записи соответствует ориентации магнитных триггеров вдоль дорожки, а поперечный способ - поперек, что достигается поворотом МГ на 90о относительно вертикали. Вертикальный способ требует специальной структуры магнитного покрытия диска: первый слой, с относительно небольшой магнитной проницаемостью, должен находиться над вторым слоем, с большой магнитной проницаемостью, что должно ориентировать полюса доменов первого слоя вертикально. На рис. 4.3. показаны фрагменты магнитного диска с участком магнитной дорожки для перечисленных трех способов записи. Способ записи выбирается из соображений достижения наибольшей плотности информации с учетом конструктивных особенностей НИМД.
Рис.4.3. Продольный, поперечный и вертикальный способы записи.
4.3. Конструкция магнитных дисков
Дисковая топология магнитного носителя позволяет эффективно сочетать вращательное движение диска и возможность продольных перемещений магнитных головок, обеспечивая двумерный поиск участков для записи и чтения информации. Конструкция дискового магнитного устройства схематично показана рис.4.4.
Рис. 4.4. Конструкция дискового магнитного устройства.
Такие устройства существенно оперативнее устройств записи на магнитную ленту - кратность выигрыша примерно равна количеству дорожек диска (кроме того, не тратится время и энергия на разгон, реверс и торможение бабин с лентой).
Магнитные головки объединяются в единый блок, который перемещается электродинамическим приводом (ЭДП). Время перемещения между соседними дорожками блока МГ составляет от 2 до 3 мс. Для предотвращения ударов и прилипания МГ к поверхности диска в выключенном состоянии предусматривается автоматическая парковка головок в специальное положение при отключении ЭВМ.
Гибкий диск в дисководе вращается со скоростью от 300 до 360 об/мин, скорость большинства жестких дисков равна 3600 об/мин. Головки НЖМД находятся близко к пластинам (1/100000 дюйма), не касаясь их, поскольку они парят над поверхностью на воздушной подушке, образованной вращением диска. Плотность записи составляет минимум 10000 МТ на один дюйм дорожки и 2000 дорожек на дюйм.
НЖМД имеют пакет дисков, причем некоторые используют специализированную сервоповерхность (DSS- dedicated servo surface), при этом целая сторона одной из пластин отдается под серводанные, предназначенные для позиционирования МГ над заданной дорожкой и сектором.