Luku- ja kirjoituspää

Luku- ja kirjoituspäät ovat pieniä kiintolevyn osia, jotka liikkuvat levyn kiekon yllä, ja muuntavat kiekon magneettikentän sähkövirraksi eli lukevat levyä tai muuntavat sähkövirran magneettikentäksi eli kirjoittavat levyä.^[1] Päät ovat kokeneet muutoksia ajan kuluessa.

Mikrovalokuva kiintolevyn päästä. Etuosan koko on noin 3 mm. Pyöreä ja oranssi rakenne on yksi pään toimivista osista: kirjoitusmuuntimen litograafisesti rajoitettu kuparikela. Huomioi myös kullattuihin liitäntöihin liitetyillä johdoilla tehdyt sähkökytkennät.

Kojeen kuvaus muokkaa

Kiintolevyn päät "lentävät" vain kolme nanometriä levyn pinnan yllä. "Lentokorkeus" pienenee jatkuvasti, jotta saavutetaan suurempi pintatiheys. Pään lentokorkeutta säädetään levyn liukukytkimeen kaiverretun ilmalaakerin muotoilulla. Ilmalaakerin tehtävänä on pitää lentokorkeus tasaisena, kun pää liikkuu levyn pinnan yllä. Jos pää osuu levyn pintaan, seurauksena voi olla tuhoisa kirjoitus-/lukupään törmäys.

Perinteiset luku- ja kirjoituspäät muokkaa

Ensimmäisten kiintolevyjen päät olivat samanlaisia kuin kasettinauhureiden äänipäät. Ne valmistettiin pienistä C-kirjaimen muotoisista paloista voimakkaasti magnetisoituvaa ainetta, ferriittiä, joka käärittiin hienojakoiseen käämiin. Kirjoitettaessa kela on jännitteinen, jolloin C:n rakoon syntyy vahva magneettikenttä, joka magnetoi viereisen tallennuspinnan. Luettaessa magnetoitu aine pyörii päiden ohi ja ferriittisydän keskittyy kenttään, jolloin käämiin syntyy sähkövirta. Raon magneettikenttä on hyvin vahva ja kapeahko. Rako on suunnilleen yhtä suuri kuin tallennuspinnan magneettisen tiedon paksuus, ja se määrittää levyn tallennetun alueen vähimmäiskoon. Ferriittipäät ovat suuria ja kirjoittavat melko suuria yksityiskohtia. Niiden on oltava myös melko kaukana levyn pinnasta, jolloin tarvitaan voimakkaampia kenttiä ja suurempia päitä.^[2]

MIG-päät muokkaa

MIG-päät (Metal in Gap) ovat ferriittipäitä, joiden raossa on pieni pala metallia, joka tarkentaa magneettikenttää, mikä mahdollistaa pienempien yksityiskohtien lukemisen ja kirjoittamisen. MIG-päät korvattiin ohutkalvopäillä. Ne olivat sähköisesti ja fysikaalisesti samanlaisia kuin ferriittipäät, mutta ne valmistettiin optisen litografian avulla ohuista kalvoista ainetta, mikä mahdollisti tarkkojen yksityiskohtien luonnin. Ohutkalvopäät olivat paljon pienempiä kuin MIG-päät, joten ne mahdollistivat tarkempien tallennettujen yksityiskohtien käytön. 3,5-tuumaiset kiintolevyt saavuttivat 4 gigatavun tallennuskyvyn vuonna 1995 ohutkalvopäiden ansiosta. Pään raon muotoilu oli parhaiten lukemiseen ja parhaiten kirjoittamiseen sopivan ratkaisun kompromissi.^[2]

Magnetoresistanssi muokkaa

Lisätietoa: Suuri magnetoresistanssi

Seuraava pään kehitysaskel oli optimoida ohutkalvopää kirjoittamiseen ja luoda erillinen lukupää. Erillisessä lukupäässä käytetään magnetoresistiivistä (MR) ilmiötä, jolloin aineen sähkövastus muuttuu magneettikentän läsnä ollessa. Magnetoresistiiviset päät pystyvät lukemaan todella pieniä magneettisia yksityiskohtia luotettavasti, mutta ne eivät pysty synnyttämään kirjoittamiseen käytettävää voimakasta kenttää. Käsite anisotrooppinen magnetoresistanssi (AMR) luotiin erottamaan tämä myöhemmin kehitetyistä suuresta magnetoresistanssista (GMR) ja tunneloivasta magnetoresistanssista (TMR). IBM:n AMR-pään keksiminen vuonna 1990^[3] johti ajanjaksoon, jolloin pintatiheys kasvoi nopeasti, noin 100% vuodessa. Suurta magnetoresistanssia hyödyntävät päät alkoivat syrjäyttää AMR-päitä vuodesta 1997 alkaen.^[3]

Kolossaalisesta magnetoresistanssista (CMR) on tehty lukuisia tutkimuksia 1990-luvulta lähtien, ja se voi mahdollistaa nykyistäkin suuremman pintatiheyden kasvun. Tutkimukset eivät ole toistaiseksi johtaneet käytännön käyttökohteisiin, koska ilmiö vaatii matalan lämpötilan ja kojeen suuren koon.^[4]^[5]

Tunneloiva magnetoresistanssi (TMR) muokkaa

Seagate esitteli ensimmäiset tunneloivaa magnetoresistanssia hyödyntävät kiintolevyt vuonna 2004.^[3] Ne mahdollistivat 400 Gt:n tallennuskyvyn kolmikiekkoiselle levylle. Näiden kovalevyjen TMR-päihin oli yhdennetty mikrospoossiset lämmityskäämit säätämään pään muunninalueen muotoa käytön aikana. Lämmitys voidaan aloittaa ennen kirjoituksen aloittamista, jotta voidaan varmistaa kirjoitusvarren ja levyn läheisyys. Tämä parantaa kirjoitettuja magneettisia muutoksia varmistamalla, että kirjoituspään magneettikenttä kyllästää levyn kiekon täysin. Samaa termistä toimintamenetelmää voidaan käyttää levyn kiekon ja lukuanturin välisen erottelun vähentämiseksi lukuprosessin aikana, mikä kohentaa signaalin voimakkuutta ja erottelukykyä. Muut valmistajat alkoivat käyttää samanlaisia menettelytapoja tuotteissaan vuoden 2006 puolivälissä.

Kohtisuora magneettinen tallennus (PMR) muokkaa

Samaan aikaan, kun ollaan siirtymässä kohtisuoraan magneettiseen tallennukseen, jonka vakaus on parempi ja pintatiheys korkeampi, myös levyjen perinteinen tasosuuntaus muuttuu kohtisuoran suuntauksen suuntaan. Tällä on suuret vaikutukset kirjoitusprosessiin ja kirjoituspään rakenteeseen sekä magneettisen levyn median ja kovalevyn kiekon suunnitteluun ja epäsuoremmin myös kirjoituspään lukuanturiin.^[6]

Lähteet muokkaa

↑ Mee, C. & Daniel, Eric: Magnetic recording technology, s. 7.1. McGraw-Hill Professiona, 1996. ISBN 978-0-07-041276-7. (englanniksi)
↑ ^a ^b Hard Drives 101: Magnetic Storage – Read/Write Head Designs: Ferrite, Metal-In-Gap, And Thin-Film Tom's Hardware. 30.8.2011. Viitattu 13.4.2019. (englanniksi)
↑ ^a ^b ^c Bajorek, Christopher H.: Magnetoresistive (MR) Heads and the Earliest MR Head-Based Disk Drives: Sawmill and Corsair. Magnetoresistive Heads, marraskuu 2014. Computer History Museum, Mountain View, CA. Artikkelin verkkoversio. (englanniksi)
↑ Chemists exploring new material with 'next generation' computer hard drive possibilities 27.1.2014. The University of Aberdeen News. Viitattu 9.5.2019.
↑ Dagotto, Elbio: Nanoscale Phase Separation and Colossal Magnetoresistance: The Physics of Manganites and Related Compounds, s. 395–396. Springer Science & Business Media, 2013. ISBN 9783662052440. (englanniksi)
↑ Shun-ichi Iwasaki: Perpendicular magnetic recording –Its development and realization–. Proceedings of the Japan Academy. Series B, Physical and Biological Sciences, helmikuu 2009, 85. vsk, nro 2, s. 37–54. PubMed:19212097. doi:10.2183/pjab.85.37. ISSN 0386-2208. Artikkelin verkkoversio. (englanniksi)

Aiheesta muualla muokkaa

Commons

Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Luku- ja kirjoituspää.

The PC Guide: Function of the Read/Write Heads (englanniksi)
IBM Research: GMR introduction, animations (Arkistoitu – Internet Archive) (englanniksi)

[1] Mee, C. & Daniel, Eric: Magnetic recording technology, s. 7.1. McGraw-Hill Professiona, 1996. ISBN 978-0-07-041276-7. (englanniksi)

[Read-Write.Head.Designs-2] Hard Drives 101: Magnetic Storage – Read/Write Head Designs: Ferrite, Metal-In-Gap, And Thin-Film Tom's Hardware. 30.8.2011. Viitattu 13.4.2019. (englanniksi)

[comphist-museum-3] Bajorek, Christopher H.: Magnetoresistive (MR) Heads and the Earliest MR Head-Based Disk Drives: Sawmill and Corsair. Magnetoresistive Heads, marraskuu 2014. Computer History Museum, Mountain View, CA. Artikkelin verkkoversio. (englanniksi)

[4] Chemists exploring new material with 'next generation' computer hard drive possibilities 27.1.2014. The University of Aberdeen News. Viitattu 9.5.2019.

[5] Dagotto, Elbio: Nanoscale Phase Separation and Colossal Magnetoresistance: The Physics of Manganites and Related Compounds, s. 395–396. Springer Science & Business Media, 2013. ISBN 9783662052440. (englanniksi)

[6] Shun-ichi Iwasaki: Perpendicular magnetic recording –Its development and realization–. Proceedings of the Japan Academy. Series B, Physical and Biological Sciences, helmikuu 2009, 85. vsk, nro 2, s. 37–54. PubMed:19212097. doi:10.2183/pjab.85.37. ISSN 0386-2208. Artikkelin verkkoversio. (englanniksi)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]