硬盘磁头

硬盘读取数据的关键部件

硬盘磁头，是硬盘读取数据的关键部件，它的主要作用就是将存储在硬盘盘片上的磁信息转化为电信号向外传输，而它的工作原理则是利用特殊材料的电阻值会随着磁场变化的原理来读写盘片上的数据，磁头的好坏在很大程度上决定着硬盘盘片的存储密度。比较常用的是GMR（Giant Magneto Resistive）巨磁阻磁头。

前言

随着科技进步，电脑发展越来越快，几十年来硬盘作为存储介质的中坚力量，无论从容量还是性能方面都有了翻天覆地的变化，但现在它在个人电脑中必要存储设备的地位依然是不可动摇，在任何个人电脑系统中，硬盘都是最重要的部件之一。它也是用户存储数据的主要场所，平时我们所使用的操作系统、应用软件、游戏及其它重要数据等都是存储在硬盘中。

随着电脑中其它配件日新月异，硬盘中出现的新技术也越来越多，看着自己捉襟见肘的硬盘，你对它到底了解多少呢？特别是对现在硬盘中采用的新技术有多少认识呢？这些新技术对于最终用户带了那些方面的好处，用户在应用这些结合有新技术的硬盘时又该注意那些问题呢？在此《硬盘技术纵横谈》专题中，笔者就将就此进行深入探讨。

总的来说，当今硬盘使用的新技术包括硬盘磁头技术、盘片技术、接口技术、数据保护技术、震动保护系统和各类检测技术等。在这些新技术中，不乏有一些技术是在原有技术的基础上优化更新推出的新版技术，例如Data Lifeguard(Enhanced)、ShockBlock(Enhanced)，SeaShield(Enhanced)等。当然，也有一些新技术是完全新创的。例如IBM公司推出的AFC盘片技术和刚刚走近我们的Serial ATA（串行ATA）接口技术。

硬盘磁头技术，顾名思义，就是针对硬盘读写磁头方面的新技术，更好的磁头最明显的一点就是具有更高的读写灵敏度，因此能大幅提升硬盘的单碟容量，单碟容量上去了，硬盘的总容量自然会有提高。这在现在数据急剧膨胀的信息时代，用户对硬盘容量的要求当然是越大越好。硬盘盘片技术，也就是硬盘磁盘片所使用的新技术，更好的硬盘盘片技术最直接的好处也是硬盘的单碟容量可以做的更大，它是与硬盘磁头技术是相辅相成的。

而对于硬盘数据保护技术和震动保护系统都是作为硬盘的辅助性技术，这些技术虽然不能对硬盘容量或性能产生直接的影响，但它们也是不可或缺的，想像一下，当硬盘数据传输率做的越来越高时，靠什么保障数据在高速传输过程中不发生错误或丢失呢？或者硬盘在强烈震动中，又如何保障用户数据的安全性和可靠性呢？这些都是硬盘数据保护技术和震动保护系统所应该做的。硬盘失去了这些辅助性的保护技术是不可想像的。

磁头介绍

磁头是硬盘中对盘片进行读写工作的工具，是硬盘中最精密的部位之一。磁头是用线圈缠绕在磁芯上制成的。硬盘在工作时，磁头通过感应旋转的盘片上磁场的变化来读取数据；通过改变盘片上的磁场来写入数据。为避免磁头和盘片的磨损，在工作状态时，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触，只有在电源关闭之后，磁头会自动回到在盘片上的固定位置（称为着陆区，此处盘片并不存储数据，是盘片的起始位置）。

由于磁头工作的性质，对其磁感应敏感度和精密度的要求都非常高。早先的磁头采用铁磁性物质，在磁感应敏感度上不是很理想，因此早期的硬盘单碟容量都比较低，单碟容量大则碟片上磁道密度大，磁头感应程度不够，就无法准确读出数据。这就造成早期的硬盘容量都很有限。随着技术的发展，磁头在磁感应敏感度和精密度方面都有了长足的进步。

最初磁头是读、写功能一起的，这对磁头的制造工艺、技术都要求很高，而对于个人电脑来说，在与硬盘交换数据的过程中，读取数据远远快于写入数据，读、写操作二者的特性也完全不同，这也就导致了读、写分离的磁头，二者分别工作、各不干扰。

GMR（Giant Magneto Resisive）巨磁阻磁头，GMR磁头的使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，这比以前的传统磁头和MR（Magneto Resisive）磁阻磁头更为敏感，相对的磁场变化能引起来大的电阻值变化，从而实现更高的存储密度。

磁头类别

薄膜感应（TEI）磁头

在1990年至1995年间，硬盘采用TFI读/写技术。TFI磁头实际上是绕线的磁芯。盘片在绕线的磁芯下通过时会在磁头上产生感应电压。TFI读磁头之所以会达到它的能力极限，是因为在提高磁灵敏度的同时，它的写能力却减弱了。

各向异性磁阻（AMR）磁头

AMR（Anisotropic Magneto Resistive）90年代中期，希捷公司推出了使用AMR磁头的硬盘。AMR磁头使用TFI磁头来完成写操作，但用薄条的磁性材料来作为读元件。在有磁场存在的情况下，薄条的电阻会随磁场而变化，进而产生很强的信号。硬盘译解由于磁场极性变化而引起的薄条电阻变化，提高了读灵敏度。AMR磁头进一步提高了面密度，而且减少了元器件数量。由于AMR薄膜的电阻变化量有一定的限度，AMR技术最大可以支持3.3GB/平方英寸的记录密度，所以AMR磁头的灵敏度也存在极限。这导致了GMR磁头的研发。

GMR（Giant Magneto Resistive，巨磁阻）

GMR磁头继承了TFI磁头和AMR磁头中采用的读/写技术。但它的读磁头对于磁盘上的磁性变化表现出更高的灵敏度。GMR磁头是由4层导电材料和磁性材料薄膜构成的：一个传感层、一个非导电中介层、一个磁性的栓层和一个交换层。GMR传感器的灵敏度比AMR磁头大3倍，所以能够提高盘片的密度和性能。

硬盘的磁头数取决于硬盘中的碟片数，盘片正反两面都存储着数据，所以一个盘片对应两个磁头才能正常工作。比如总容量80GB的硬盘，采用单碟容量80GB的盘片，那只有一张盘片，该盘片正反面都有数据，则对应两个磁头；而同样总容量120GB的硬盘，采用二张盘片，则只有三个磁头，其中一个盘片的一面没有磁头。

CPP-GMR磁头

CPP-GMR磁头，中文全称即垂直平面电流模式的大型抗磁化磁头，它是日本计算机制造商富士通公司开发出了一种新型读写磁盘磁头技术。使用这一技术的硬盘驱动器的记录密度可高达每平方英寸300GB。硬盘记录密度的增加将提高笔记本电脑和桌上型电脑的存储容量，而价格只是略有上升。

富士通公司表示，2.5英寸硬盘的每个磁盘片存储容量为30GB，如果这一新型磁盘技术在2到4年内实现商业化，那么将使得每个磁盘片的存储容量提高到180GB，即是每个磁盘片容量的3倍。与现有的GMR磁头相比，这一突破性的新型磁盘磁头对信号更为敏感，而且读写数据的紧凑程度是现有GMR磁头的三倍。富士通公司预计在两年内实现商业化生产基于这种CPP-GMR磁头的驱动器，主要用于PC和笔记本电脑中，尤其是用于期待市场繁荣的基于驱动器的消费电子产品中，如游戏控制台和个人视频录像机等。

据富士通公司介绍，高容量的2.5英寸硬盘驱动器最终将取代笨重的3.5英寸硬盘驱动器。根据国际磁盘驱动器设备制造商协会（IDEMA）的统计，在过去的十几年中，磁盘存储容量的提高甚至要快于数据处理能力的提高，但制造商却发现很难把自己的专门技术转化为实际利益。硬盘存储价格已经从1988年的每兆字节11.54美元降到了每兆字节1美分，而独立的硬盘制造商数量也从原来的75个减少到了13个。

OAW磁头

OAW英文全称是英文Optically Assisted Winchester，即光学辅助温氏技术。该技术是Seagate正在开发的一种新型磁头技术，它把传统的磁读写头和低强度激光束结合在一起，激光束通过光纤进入磁头，再通过一个微电机驱动的镜子反射到磁盘表面，从而实现磁头的精确定位。希捷公司认为OAW技术能够在1英寸宽的范围内写入多于105000个磁道，硬盘单碟容量可达36GB以上，但该技术要进入实用阶段还需二三年的时间。不过，现在硬盘的单碟容量已经达到了1TB，因此看来，OAW这项技术的市场前景不容乐观。

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