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磁頭（硬盤中對盤片進(jìn)行讀寫的工具）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-20

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磁頭

硬盤中對盤片進(jìn)行讀寫的工具

磁頭是硬盤中對盤片進(jìn)行讀寫的工具，主要分為硬盤磁頭，磁帶錄音機(jī)磁頭等。

基本信息

中文名	磁頭
外文名	Head
分類	硬盤磁頭，磁帶錄音機(jī)磁頭等

簡介

硬盤的磁頭是用線圈纏繞在磁芯上制成的，最初的磁頭是讀寫合一的，通過電流變化去感應(yīng)信號的幅度。對于大多數(shù)計(jì)算機(jī)來說，在與硬盤交換數(shù)據(jù)的過程中，讀操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于寫操作，而且讀/寫是兩種不同特性的操作，這樣就促使硬盤廠商開發(fā)一種讀/寫分離磁頭。

硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)磁頭是硬盤中最昂貴的部件，也是硬盤技術(shù)中最重要和最關(guān)鍵的一環(huán)。傳統(tǒng)的磁頭是讀寫合一的電磁感應(yīng)式磁頭，但是，硬盤的讀、寫卻是兩種截然不同的操作，為此，這種二合一磁頭在設(shè)計(jì)時(shí)必須要同時(shí)兼顧到讀/寫兩種特性，從而造成了硬盤設(shè)計(jì)上的局限。而MR磁頭（Magnetoresistiveheads），即磁阻磁頭，采用的是分離式的磁頭結(jié)構(gòu)：寫入磁頭仍采用傳統(tǒng)的磁感應(yīng)磁頭（MR磁頭不能進(jìn)行寫操作），讀取磁頭則采用新型的MR磁頭，即所謂的感應(yīng)寫、磁阻讀。這樣，在設(shè)計(jì)時(shí)就可以針對兩者的不同特性分別進(jìn)行優(yōu)化，以得到最好的讀/寫性能。另外，MR磁頭是通過阻值變化而不是電流變化去感應(yīng)信號幅度，因而對信號變化相當(dāng)敏感，讀取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也相應(yīng)提高。而且由于讀取的信號幅度與磁道寬度無關(guān)，故磁道可以做得很窄，從而提高了盤片密度，達(dá)到200MB/英寸2，而使用傳統(tǒng)的磁頭只能達(dá)到20MB/英寸2，這也是MR磁頭被廣泛應(yīng)用的最主要原因。MR磁頭已得到廣泛應(yīng)用，而采用多層結(jié)構(gòu)和磁阻效應(yīng)更好的材料制作的GMR磁頭（GiantMagnetoresistiveheads）也逐漸普及。

硬盤磁頭是硬盤讀取數(shù)據(jù)的關(guān)鍵部件，它的主要作用就是將存儲在硬盤盤片上的磁信息轉(zhuǎn)化為電信號向外傳輸，而它的工作原理則是利用特殊材料的電阻值會(huì)隨著磁場變化的原理來讀寫盤片上的數(shù)據(jù)，磁頭的好壞在很大程度上決定著硬盤盤片的存儲密度。目前比較常用的是GMR（GiantMagnetoResisive）巨磁阻磁頭，GMR磁頭的使用了磁阻效應(yīng)更好的材料和多層薄膜結(jié)構(gòu)，這比以前的傳統(tǒng)磁頭和MR（MagnetoResisive）磁阻磁頭更為敏感，相對的磁場變化能引起來大的電阻值變化，從而實(shí)現(xiàn)更高的存儲密度。

磁頭是硬盤中對盤片進(jìn)行讀寫工作的工具，是硬盤中最精密的部位之一。磁頭是用線圈纏繞在磁芯上制成的。硬盤在工作時(shí)，磁頭通過感應(yīng)旋轉(zhuǎn)的盤片上磁場的變化來讀取數(shù)據(jù)；通過改變盤片上的磁場來寫入數(shù)據(jù)。為避免磁頭和盤片的磨損，在工作狀態(tài)時(shí)，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤片上方，而不與盤片直接接觸，只有在電源關(guān)閉之后，磁頭會(huì)自動(dòng)回到在盤片上的固定位置（稱為著陸區(qū)，此處盤片并不存儲數(shù)據(jù)，是盤片的起始位置）。

由于磁頭工作的性質(zhì)，對其磁感應(yīng)敏感度和精密度的要求都非常高。早先的磁頭采用鐵磁性物質(zhì)，在磁感應(yīng)敏感度上不是很理想，因此早期的硬盤單碟容量都比較低，單碟容量大則碟片上磁道密度大，磁頭感應(yīng)程度不夠，就無法準(zhǔn)確讀出數(shù)據(jù)。這就造成早期的硬盤容量都很有限。隨著技術(shù)的發(fā)展，磁頭在磁感應(yīng)敏感度和精密度方面都有了長足的進(jìn)步。

最初磁頭是讀、寫功能一起的，這對磁頭的制造工藝、技術(shù)都要求很高，而對于個(gè)人電腦來說，在與硬盤交換數(shù)據(jù)的過程中，讀取數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于寫入數(shù)據(jù)，讀、寫操作二者的特性也完全不同，這也就導(dǎo)致了讀、寫分離的磁頭，二者分別工作、各不干擾。

磁頭磁化嚴(yán)重，消磁即可。

磁頭

種類

薄膜感應(yīng)（TEI）磁頭

在1990年至1995年間，硬盤采用TFI讀/寫技術(shù)。TFI磁頭實(shí)際上是繞線的磁芯。盤片在繞線的磁芯下通過時(shí)會(huì)在磁頭上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。TFI讀磁頭之所以會(huì)達(dá)到它的能力極限，是因?yàn)樵谔岣叽澎`敏度的同時(shí)，它的寫能力卻減弱了。

各向異性磁阻（AMR）磁頭

在1991年，IBM提出了它基于磁阻（MR）技術(shù)的讀磁頭技術(shù)――各項(xiàng)異性磁，磁頭在和旋轉(zhuǎn)的碟片相接觸過程中，通過感應(yīng)碟片上磁場的變化來讀取數(shù)據(jù)。在硬盤中，碟片的單碟容量和磁頭技術(shù)是相互制約、相互促進(jìn)的。

AMR（AnisotropicMagnetoResistive）90年代中期，希捷公司推出了使用AMR磁頭的硬盤。AMR磁頭使用TFI磁頭來完成寫操作，但用薄條的磁性材料來作為讀元件。在有磁場存在的情況下，薄條的電阻會(huì)隨磁場而變化，進(jìn)而產(chǎn)生很強(qiáng)的信號。硬盤譯解由于磁場極性變化而引起的薄條電阻變化，提高了讀靈敏度。AMR磁頭進(jìn)一步提高了面密度，而且減少了元器件數(shù)量。由于AMR薄膜的電阻變化量有一定的限度，AMR技術(shù)最大可以支持3.3GB/平方英寸的記錄密度，所以AMR磁頭的靈敏度也存在極限。這導(dǎo)致了GMR磁頭的研發(fā)。

GMR（GiantMagnetoResistive，巨磁阻）

GMR磁頭繼承了TFI磁頭和AMR磁頭中采用的讀/寫技術(shù)。但它的讀磁頭對于磁盤上的磁性變化表現(xiàn)出更高的靈敏度。GMR磁頭是由4層導(dǎo)電材料和磁性材料薄膜構(gòu)成的：一個(gè)傳感層、一個(gè)非導(dǎo)電中介層、一個(gè)磁性的栓層和一個(gè)交換層。GMR傳感器的靈敏度比AMR磁頭大3倍，所以能夠提高盤片的密度和性能。

硬盤的磁頭數(shù)取決于硬盤中的碟片數(shù)，盤片正反兩面都存儲著數(shù)據(jù)，所以一個(gè)盤片對應(yīng)兩個(gè)磁頭才能正常工作。比如總?cè)萘?0GB的硬盤，采用單碟容量80GB的盤片，那只有一張盤片，該盤片正反面都有數(shù)據(jù)，則對應(yīng)兩個(gè)磁頭；而同樣總?cè)萘?20GB的硬盤，采用二張盤片，則只有三個(gè)磁頭，其中一張盤片的一面沒有磁頭。

磁帶錄音機(jī)的磁頭

錄音機(jī)是靠電磁感應(yīng)原理工作的。這種磁頭實(shí)際上是一塊蹄型電磁鐵，錄音機(jī)在工作時(shí)，是把話筒紙盤的聲音經(jīng)過震動(dòng)變成感應(yīng)電流，在經(jīng)過放大電路傳輸?shù)酱蓬^，磁頭緊貼著磁帶，感應(yīng)電流會(huì)使磁頭磁化，使其成為一塊電磁鐵。感應(yīng)電流原來是由聲音變來的，在磁頭的電磁作用下，磁帶上的磁粉就被不同程度地磁化了，并且是有順序排列的。磁帶在錄音前必須先經(jīng)過抹音（俗稱洗帶、消磁），以免磁帶在播放時(shí)有上一次的聲音信號，造成雜音。錄音機(jī)上的錄音磁頭和放音磁頭實(shí)際是同一個(gè)磁頭(高檔的錄音機(jī)和錄音卡座里，錄、放音磁頭是分開的)，只是連接位置不同而已。錄音時(shí)，磁頭和話筒（或麥克風(fēng)）連接，播放時(shí)和喇叭連接。抹音頭實(shí)際是一塊天然磁鐵(也有用超音頻電流抹音的)，原理是：在錄音前首先使磁帶上的磁粉排列順序一致，就這樣，磁帶上原有的信息就被洗去了。

磁頭劃碰

磁頭劃碰是一種硬盤故障，在硬盤讀寫頭和旋轉(zhuǎn)的硬盤片接觸時(shí)發(fā)生，在磁盤表面的介質(zhì)產(chǎn)生永久不可恢復(fù)的損害。

磁頭通常包裹在盤片表面的很薄的空氣層中（1990年代中期采用薄液體層）。盤片的最上層是聚四氟乙烯類似的物質(zhì)，作為潤滑劑。下面是一層濺射碳。這兩層保護(hù)磁層（數(shù)據(jù)存儲區(qū)），防止讀寫頭的意外接觸。

磁盤讀寫頭使用薄膜技術(shù)，材料足夠堅(jiān)硬，較難通過保護(hù)層劃傷。磁頭劃碰比較可能是由于外力通過讀寫頭，對盤片產(chǎn)生足夠的壓力，導(dǎo)致磁性存儲層劃傷。其他的污垢或碎屑，過度沖擊或振動(dòng)，意外掉落，能使讀寫頭對盤片造成沖擊，在這個(gè)過程中通常損壞讀寫頭。

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