Элементы механической системы жесткого диска

Основными механизмами накопителя считаются блок магнитных головок (БМГ), магнитные пластины и шпиндельный двигатель. Блок магнитных головок выполнен по принципу соленоидной катушки, которую мы привыкли видеть в динамиках громкоговорителей. Её даже называют Voice Coil. Кроме этого у нее есть еще парочка названий, например, сервопривод и актуатор. В прежние времена сервопривод был шаговым, с дискретным ходом, и когда накопитель нагревался, такая система позиционирования начинала «терять» дорожки. А поскольку соленоидная катушка не имеет дискретности, то ее можно переместить на любое расстояние.

Механическая система и сервосистема [рис. 6], включающая в себя :

поворотный двигатель позиционера, предназначенный для перемещения головок над пластинами [рис. 6];

магнитную систему поворотного двигателя;

шпиндельный двигатель, обеспечивающий вращение пакета пластин [рис. 7];

управляющую электронику.

Рис. 6. Позиционер и магнитная система поворотного двигателя

Сервосистема обеспечивает высокоточное (с субмикронной точностью) позиционирование головок над необходимой дорожкой. Ее работа основана на считывании сигналов из специальных участков диска – сервосекторов, или сервометок, которые записываются на жесткий диск в процессе его производства. Из этих сигналов вычисляется сигнал ошибки положения головки, который передается через обратную связь на позиционер и служит для устранения отклонений головки от центра заданной дорожки.

Рис. 7. Элементы механической системы жесткого диска и конструкция шпиндельного двигателя

Более подробно принципы работы сервосистемы рассмотрены в книге «Механика и сервосистема» из серии «Взгляд на жесткий диск «изнутри» [3].

Принцип взаимодействия блока головок и дисков основан на эффекте аэродинамического подшипника, который возникает между слайдером и вращающимся диском. Благодаря этому эффекту поддерживается постоянное расстояние, называемое высотой полета головки, между головкой и рабочей поверхностью. Фактически, при нормальной работе жесткого диска головка никогда не касается пластины, она «парит» над ней.

Высота полета головки современных жестких дисков составляет порядка 10 нм (рис. 8), при очень высокой относительной скорости между слайдером и диском (~10 м/с и более). В зарубежной литературе при описании взаимодействия слайдера и пластин традиционно приводится аналогия с Боинг-747, летящем на полной скорости непосредственно над поверхностью земли.

1.3.Суперпарамагнетизм

Как известно из курса физики, свойством любого магнетика является анизотропия. Домен с большим трудом намагничивается в одном направлении, и легко – в противоположном (по «легкой оси»). Его энергия пропорциональна sin2θ , где θ - угол между углом намагниченности домена и осью предпочтительного намагничивания. В условиях абсолютного нуля в изолированной системе намагниченный домен занимает положение в одном из состояний с наименьшей энергией (т.е. под углом 0 или 180 градусов). Для представления информации эти положения принимаются за логический ноль или единицу. При изменении направления намагниченности и повышении температуры домен может поменять направленность магнитного момента. Уменьшение размеров частицы в 2 раза означает уменьшение энергетического барьера, который необходимо преодолеть для смены направления, поэтому она становится значительно менее стабильной. Период стабильности может измениться со 100 лет (стабильная частица) до 100 нс (при таком периоде частицу вообще сложно назвать постоянным магнитом). В последнем случае мы получим на пластине огромное количество хаотически расположенных намагниченных частиц, произвольно меняющих свою направленность. Это явление называется суперпарамагнетизмом, потому что макроскопические свойства такой среды похожи на свойства парамагнетиков.

В реальной среде ситуация оказывается еще более сложной. При традиционном методе параллельной записи на диск магнитные частицы располагаются магнитными моментами параллельно плоскости диска. А, как известно, два постоянных магнита, расположенных одинаковыми полюсами друг к другу, отталкиваются, а разными – притягиваются. Значит, между ними тоже происходит энергетическое взаимодействие. У границ намагниченных частиц возникает поле рассеяния, которое забирает энергию у магнитных полей обеих частиц. В результате крайние домены частицы теряют часть заряда и становятся менее стабильными.

Чтобы это преодолеть, ученые предлагали разные методы, но все они лишь слегка отодвигали парамагнитный предел. Необходимо было принципиально новое решение.