Запись данных на жесткий диск

Опубликовано 12.10.2010 Ведущий Филипп Болгов

Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.
Среди технологий записи на жёсткий можно отметить применяемые на серийных моделях и экспериментальные. Давайте сначала рассмотрим те, которые применяются серийно:
Метод продольной записи, при использовании которого биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая, проходя над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей - доменов. При этом вектор намагниченности домена расположен продольно, т.е. параллельно поверхности диска. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности. Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см?. В настоящее время происходит постепенное вытеснение данного метода более прогрессивными.
Примером такой технологии является:
Метод перпендикулярной записи, при котором биты информации, сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов - более 60 Гбит/см?. Жёсткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.
Главное отличие между данными технологиями заключается в направлении намагниченности доменов - в случае параллельной записи оно параллельно плоскости диска, а в случае перпендикулярной, соответственно, перпендикулярно (см. схему). Причина более высокой плотности перпендикулярной записи объясняется не какими-то внутренними характеристиками одного домена, а силами взаимодействия между соседними ячейками.
А среди экспериментальных типов записи можно отметить:
Метод тепловой магнитной записи или Термоассистируемую магнитную запись (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR) на данный момент самый перспективный из существующих, и активно разрабатываемый. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность "закрепляется". На рынке носители данного типа пока не представлены, есть лишь экспериментальные образцы, плотность записи которых достигает 150 Гбит/см?. Разработка HAMR-технологий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 2,3?3,1 Тбит/см?, а представители Seagate Technology предполагают, что они смогут довести плотность записи HAMR-носители до 7,75 Тбит/см?.
И, конечно же, заслуживают внимания Структурированные носители.
Концептуальная идея таких носителей крайне проста, однако перспективы ее практической реализации до сих пор не понятны. В современных накопителях каждый магнитный домен состоит из нескольких десятков (70-100) мелких структурных элементов ("зерен"), каждое из которых теоретически способно выполнять функции домена и содержать в себе 1 бит информации. В результате появляется возможность увеличить размеры отдельного "зерна" и хранить единицу информации в меньшем количестве "зерен". Предел их теоретической плотности может достигнуть отметки несколько терабит на квадратный дюйм. Если же разработчикам удастся придумать материалы с однозернистыми "островами", то возможны и вовсе фантастические результаты - с плотностью до нескольких десятков и даже сотен терабит.
Несмотря на то, что структурированная и термоассистируемая записи абсолютно различны, теоретически эти методы не противоречат друг другу. Другими словами, в будущем возможно появление накопителей, сочетающих оба подхода. Однако необходимо понимать, что одной из главных сложностей разработки и структурированных, и термоассистируемых носителей является дисковый материал, то есть разработать доступное вещество, удовлетворяющее требованиям обеих технологий, будет крайне сложно.