Часть 2: Пути повышения плотности записи

Представление о расположении магнитных битов на магнитной поверхности дает рис.5. Поверхностную плотность записи информации на жестких дисках можно повышать двумя путями:

Рис.5. Схематическое расположение битовых ячеек на дорожках

Линейная плотность записи определяет количество битовых ячеек на единицу длины дорожки жесткого диска и обычно измеряется в битах/дюйм (BPI - bytes per inch) [1 дюйм=25,4 мм].

Плотность дорожек зависит от ширины и шага дорожек и определяет их количество на пластине, измеряется в дорожках/дюйм (TPI - tracks per inch).

Если идеализировать процесс записи, то все кажется просто: головка записи, зафиксированная над поверхностью вращающегося диска и имеющая ширину В, оставляет на магнитном носителе дорожку шириной W, при этом B должно быть равно W. Однако в этой простой модели не учитывается ряд факторов, имеющих место в реальной ситуации. Во-первых, отклонения головок от концентрической траектории приводят к колебаниям ширины битов в пределах дорожки. Во-вторых, из-за невозможности мгновенного изменения магнитного поля рассеивания головки переходы между битами имеют некоторую отличную от нуля длину, которая определяется градиентом поля головки и полями размагничивания. В-третьих, магнитное поле рассеивания по ширине не равно ширине блока головок записи/чтения и зависит от величины электрического тока, протекающего через обмотку головки записи, а также от высоты полета головки над вращающейся поверхностью пластины.

Намагничивание участков носителя в процессе записи осуществляется магнитным полем рассеяния, возникающим под рабочим зазором индуктивной головки записи при протекании электрического тока через ее обмотку (рис. 6). В зазоре головки поле рассеяния можно рассматривать как двумерное плоскопараллельное. Поле рассеяния вне зазора содержит горизонтальную Нx и вертикальную Ну составляющие, распределение которых влияет на характеристики записи.

Рис.6. Магнитное поля рассеяния в области рабочего зазора головки записи

На рис. 7 показано соотношение между вертикальной Нx и горизонтальной Ну составляющими поля рассеяния головки в зависимости от удаления от головки. При удалении от поверхности головки вертикальная оставляющая уменьшается значительно быстрее, чем горизонтальная. Это показывает преимущество продольной записи по сравнению с поперечной [6].

Рис.7. Соотношение между вертикальной Нx и горизонтальной Ну составляющими поля рассеяния головки в зависимости от удаления у от головки

На рис. 8, а схематически показан процесс взаимодействия головки записи/чтения с магнитным носителем. Головка зафиксирована над вращающейся пластиной на расстоянии d. Ширина зазора головки - g, толщина магнитного слоя пластины - , длина бита - l, ширина дорожки - W. Битовая ячейка определяется как расстояние между записанными переходами намагниченности и равно l =/T. Здесь Т - длительность бита в сек., 1/Т - битовая частота в Гц,- скорость пластины относительно блока головок чтения/записи в м/с. Площадь бита Sbit определяется как произведение W x l. При переходе от одной магнитной ячейки к соседней происходит изменение направления намагниченности. Это изменение происходит не скачком, а постепенно в пределах некоторого намагниченного перехода определенной ширины. Этот переход называется доменной границей, и является важным фактором, ограничивающим плотность записи. Длина доменной границы а определяется по формуле:

где Mr - остаточная намагниченность; - толщина слоя; d - расстояние головка-носитель; Q - величина, связанная с градиентом поля индуктивной головки (0,75); Нс - коэрцитивная сила носителя.

Для получения минимальной длины доменной границы величина коэрцитивной силы Нс должна иметь как можно большее значение по сравнению с произведением 4Mr , а расстояние d головка-носитель - минимальное значение.

Линейная плотность

Для увеличения линейной плотности записи информации на поверхности пластин жесткого диска, необходимо не только стремиться уменьшать длину битовых ячеек, но сделать переходы между ними максимально резкими, что является сложной инженерно-технической задачей, связанной с фундаментальными проблемами теории магнетизма [5].

Битовые ячейки современных жестких дисков состоят из совокупности магнитных зерен, каждое из которых теоретически можно рассмотреть как однодоменную частицу. При перемагничивании носителя вектор намагниченности M каждой такой частицы изменяет свое направление только за счет вращения.

Линейная плотность записи информации, а значит, и геометрические размеры битовых ячеек зависят от множества факторов, но среди них выделим два наиболее важных.