42磁存儲解析課件

一磁記錄技術的發(fā)展磁記錄技術是指利用磁特性和磁效應記錄、存儲和讀出各種聲音、圖像以及數(shù)據(jù)等信息的技術，其原理是：先將需要記錄和存儲的信息轉變?yōu)橄鄳碾娦盘栞斔偷酱蓬^電路中，使寫入磁頭中產生與輸入電信號相對應的磁場，用該磁場作用于磁記錄介質，使其從原來的退磁狀態(tài)轉變?yōu)榇呕癄顟B(tài)，需要輸出信息時，使用讀出磁頭作用于磁記錄介質，使磁記錄介質產生的磁場作用于讀出磁頭，獲取之前寫入的信息。一磁記錄技術的發(fā)展磁記錄技術是指利用磁特性和磁效應記錄、存1

磁記錄技術的起源可以追溯到1857年使用鋼帶的錄音機雛形。1898年，丹麥人Valdemar

Poulson使用直徑為1

mm的碳鋼絲制作了世界上第一臺可供實用的磁錄音機。1928年，德國人Fritz

Pfleumer與AEG（伊萊克斯）合作制作了第一臺磁帶錄音機，被稱為是磁帶錄音機的鼻祖，從此磁帶錄音機進入實用化。1947年，γ-Fe2O3的發(fā)明標志著磁帶記錄技術與當代的接軌，目前以這種材料為基礎的磁粉仍然被廣泛用于各種磁帶的制作。磁記錄技術的起源可以追溯到1857年使用鋼帶的錄音機雛形。2早期的計算機用磁存儲介質仍然是磁盤，其標志是1953年IBM726磁帶機的出現(xiàn)。隨著計算機技術的發(fā)展，基于模擬信號的錄音、錄像技術由于其較低的保真度、還原度和信息存儲量，已經(jīng)越來越不能滿足人們的需要。這樣，基于二進制的數(shù)字存儲技術受到了越來越多的關注。在這種存儲技術中，磁化狀態(tài)代表1的信號，退磁狀態(tài)（未磁化）則代表0的信號，這樣，就實現(xiàn)了在更小的空間實現(xiàn)大量信息存儲的可能。由于這種存儲技術主要用于計算機技術中，因此基于計算機存儲的磁盤存儲技術也就取代磁帶機成為人們關注的熱點。這種技術的實用化始于1956年IBM公司制作的世界。早期的計算機用磁存儲介質仍然是磁盤，其標志是1953年IBM3上第一個固定式磁盤裝置IBM

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RAMAC，當時引起轟動的這臺重達一噸的龐然大物由50個24平方英寸的盤片構成(圖1)，擁有“驚人”的5

MB的存儲量。五十多年過去，如今普通人花費不到千元就可以輕易購買到容量超過1

TB的商用硬盤，其容量已經(jīng)超過IBM

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RAMAC的20萬倍之多，但是其體積卻大大減小，這離不開幾種關鍵磁存儲技術，包括薄膜磁頭、MR（磁電阻）磁頭、GMR（巨磁電阻）、TMR（隧道磁電阻）和AFC（反鐵磁耦合）磁存儲介質給磁存儲技術帶來的幾次飛躍式發(fā)展。

上第一個固定式磁盤裝置IBM

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RAMAC，當時引起轟4要了解磁盤存儲技術，首先我們需要了解計算機硬盤的內部結構。通常的硬盤其內部結構由四部分組成：盤片（介質）、磁頭（包括寫入磁頭和讀出磁頭）、主軸電機和磁頭驅動單元。對于磁存儲技術，我們重點關心的是磁記錄介質和磁頭部分。

要了解磁盤存儲技術，首先我們需要了解計算機硬盤的內部結構。通5可以很容易想象，為了縮小硬盤的尺寸，我們必須提高磁存儲介質（盤片）的存儲密度，也就是說需要在相同的盤片面積上存儲更多的信息量。但在這種技術改進的過程中，人們發(fā)現(xiàn)提高盤片的存儲密度在技術上已經(jīng)可以實現(xiàn)，但如何將存儲在盤片上的數(shù)據(jù)讀取出來，這反而成了最大的問題。這是因為，早期人們使用的是基于Farady感應的電磁感性原理來寫入和讀出信號，其讀出精度受到了很大的限制。1970年，日本出現(xiàn)了利用MR效應檢測磁場的技術，1990年，在上述技術的基礎上，美國將薄膜磁阻磁頭的實用化給磁頭技術帶來了一個重大的變革，即寫入磁頭和讀出磁頭的分離：可以很容易想象，為了縮小硬盤的尺寸，我們必須提高磁存儲介質（6人們仍然利用Farady感應，使用寫入磁頭在磁盤介質上寫入信息，但使用的讀出磁頭產生了變化，即改為利用磁場帶來的薄膜磁頭磁阻的變化來進行數(shù)據(jù)的讀取，其靈敏度遠遠大于電磁感應帶來的磁場變化再轉變?yōu)殡娦盘枏姸茸兓梢蕴綔y的靈敏度，這樣人們就輕易地獲取了比之前高得多的讀出精度。在薄膜磁阻技術的基礎上，GMR（巨磁電阻）磁頭和TMR（隧道結磁電阻）磁頭以及伴生的自旋閥GMR磁頭將普通磁頭技術乃至磁存儲技術推上了一個新的臺階。而德國人Peter

Grünberg和法國人Albert

Fert也因為分別于1986年和1988年發(fā)現(xiàn)了GMR效應而獲得了2007年的諾貝爾物理學獎。目前市場上所生產的硬盤已經(jīng)全部裝配了TMR技術。

人們仍然利用Farady感應，使用寫入磁頭在磁盤介質上寫入信7

除了磁頭技術的發(fā)展，磁記錄介質以及記錄方式的發(fā)展則是磁存儲技術改進的另一個重要方面。人們一方面尋求具有更高磁各向異性的材料，以提高材料的矯頑力和信息存儲能力，而縱向磁記錄(Longitudinal

recording)向垂直磁記錄(Perpendicular

recording)這種記錄方式的變化則是改革的另一個重要層面。在縱向磁記錄方式下，當記錄密度提高到一定程度時，磁記錄單元（稱為磁疇）之間可能產生一定的干擾，降低了讀取信號的精確性，甚至可能導致數(shù)據(jù)的丟失；另一方面，隨著記錄密度的提高，磁疇尺寸不斷減小，這時會帶來一種被稱為超順磁效應的現(xiàn)象。在這種情況下，由于記錄單元尺寸過小，其熱擾動效應已經(jīng)足以覆蓋其磁信號，這時磁記錄介質將會在宏觀上失去磁性，帶來數(shù)據(jù)的不能正常讀取。

除了磁頭技術的發(fā)展，磁記錄介質以及記錄方式的發(fā)展則是磁存81980年，日本的巖崎俊一等人研制出了基于單極頭磁頭和CoCr垂直磁記錄介質的世界上第一套垂直磁記錄系統(tǒng)。但之后這種技術的發(fā)展遇到了一定的困難。直到2004年，東芝垂直記錄微硬盤(MK4007GAL

133G/in2)的面世才標志著這種技術實現(xiàn)了真正的實用化。相比于縱向磁記錄技術，這種技術有著諸多的優(yōu)點：(1)

柱形結構/軟襯底的這種配置可以提供相當于傳統(tǒng)環(huán)形磁頭2倍的磁場（雙倍寫入能力），高的磁頭磁場可以使用比傳統(tǒng)更高矯頑力Hc和各向異性能Ku的介質，這使得更小的顆粒尺寸（交換單位）支持更高磁記錄的密度成為可能；(2)

尖銳的過渡區(qū)需要更高的介質層厚度，對單位體積來說，容納了更多的顆粒（交換單位），提高了磁記錄的密度，柱狀結構降低了垂直于膜面方向的退磁能，提高了磁滯回線的矩形比；1980年，日本的巖崎俊一等人研制出了基于單極頭磁頭和Co9(3)

有效的限制了寫入過程中的邊界效應，提高了磁記錄的密度和信號的分辨率；(4)

由于交換單位體積的減小，可以在讀寫過程中使用更短的波長，提高了硬盤讀寫的速度；(5)

垂直磁記錄介質擁有強的單軸各向異性，這導致了窄的交換場分布和尖銳的寫入過渡區(qū)，從而提高了讀寫過程中的信噪比；(6)

水平磁記錄密度的提高依賴于顆粒尺寸的減小，而這又受超順磁馳豫的制約，垂直磁記錄尖銳的過渡區(qū)可以允許使用比水平磁記錄更大的顆粒尺寸來達到相同的記錄密度，從而提高了記錄密度的上限。目前，這種技術已經(jīng)被廣泛應用于商業(yè)PC硬盤中。

(3)

有效的限制了寫入過程中的邊界效應，提高了磁記錄的密度10二磁存儲過程和原理1.磁存儲過程磁存儲的模式主要可以分為三種：水平存儲模式，垂直存儲模式和雜化存儲模式。磁存儲系統(tǒng)包括以下幾個基本單元：存儲介質，換能器，傳送介質裝置以及匹配的電子線路。磁存儲介質是含有高矯頑力磁性材料的薄膜，磁性材料既可以是連續(xù)的薄膜，也可以是埋在膠粘劑中的磁性粒子。這種磁化的磁介質（如磁帶）以恒定的速度沿著一個環(huán)形電磁鐵相切的方向運動。工作縫隙對著介質，存儲信號時，在磁頭線圈中通入信號電流，就會在縫隙產生磁場溢出，如果磁帶與磁頭的相對速度保持不變，則剩磁沿二磁存儲過程和原理11

著介質長度方向上的變化規(guī)律完全反映信號的變化規(guī)律，這就是存儲信號的基本過程。記錄磁頭能夠在介質中感生與饋入電流成比例的磁化強度。電流隨著時間的變化轉化成磁化強度隨距離的變化而被存儲在磁帶上。磁化的這種變化在磁帶附近產生磁場。如磁帶（已存儲信息的介質）重新接近一重放磁頭，通過拾波線圈感生出磁通磁通大小與磁帶中磁化強度成比例。可見，磁頭實際是一種換能器。著介質長度方向上的變化規(guī)律完全反映信號的變化規(guī)律，這就是存12利用磁存儲方法有很多不同類型的信號。應用最早最廣泛的是記錄音頻信號。由于其頻率低，所以介質運動速度慢。音頻記錄的主要要求是線性度好和信躁比高。數(shù)字磁存儲也普遍采用了磁帶和磁盤。硬盤驅動器的信號頻率高，轉速也快，因此要求高的隨機存取速度和高的可靠性。視頻記錄主要是記錄圖像，其記錄通常使用調頻信號，采用旋轉磁頭，這樣可以提高磁頭與介質之間的相對速度。從原理上講，所有的記錄都是可以用數(shù)字式磁存儲方式實現(xiàn)。利用磁存儲方法有很多不同類型的信號。應用最早最廣泛的是記錄音132.磁存儲原理磁介質的數(shù)據(jù)存儲設備，數(shù)據(jù)存儲在密封于潔凈的硬盤驅動器內腔的若干個磁盤片上。這些盤片一般是在以鋁為主要成分的片基表面涂上磁性介質所形成，在磁盤片的每一面上，以轉動軸為軸心、以一定的磁密度為間隔的若干個同心圓就被劃分成磁道（track），每個磁道又被劃分為若干個扇區(qū)（sector），數(shù)據(jù)就按扇區(qū)存放在硬盤上。在每一面上都相應地有一個讀寫磁頭（head），所以不同磁頭的所有相同位置的磁道就構成了所謂的柱面（cylinder）。傳統(tǒng)的硬盤讀寫都是以柱面、磁頭、扇區(qū)為尋址方式的（CHS尋址）。硬盤在上電后保持高速旋轉，位于磁頭臂上的磁頭懸浮在磁盤表面，可以通過步進電機在不同柱面之間移動，對不同的柱面進行讀寫。

2.磁存儲原理14現(xiàn)代硬盤的工作原理現(xiàn)在的硬盤,無論是IDE還是SCSI,采用的都是“溫徹思特“技術,都有以下特點：1.磁頭，盤片及運動機構密封。2.固定并高速旋轉的鍍磁盤片表面平整光滑。3.磁頭沿盤片徑向移動。4.磁頭對盤片接觸式啟停，但工作時呈飛行狀態(tài)不與盤片直接接觸。現(xiàn)代硬盤的工作原理15盤片：硬盤盤片是將磁粉附著在鋁合金（新材料也有用玻璃）圓盤片的表面上.這些磁粉被劃分成稱為磁道的若干個同心圓，在每個同心圓的磁道上就好像有無數(shù)的任意排列的小磁鐵，它們分別代表著0和1的狀態(tài)。當這些小磁鐵受到來自磁頭的磁力影響時，其排列的方向會隨之改變。利用磁頭的磁力控制指定的一些小磁鐵方向，使每個小磁鐵都可以用來儲存信息。盤片：硬盤盤片是將磁粉附著在鋁合金（新材料也有用玻璃）圓盤片16盤體：硬盤的盤體由多個盤片組成，這些盤片重疊在一起放在一個密封的盒中，它們在主軸電機的帶動下以很高的速度旋轉，其每分鐘轉速達3600，4500，5400，7200甚至以上。磁頭：硬盤的磁頭用來讀取或者修改盤片上磁性物質的狀態(tài)，一般說來，每一個磁面都會有一個磁頭，從最上面開始，從0開始編號。磁頭在停止工作時，與磁盤是接觸的，但是在工作時呈飛行狀態(tài)。磁頭采取在盤片的著陸區(qū)接觸式啟停的方式，著陸區(qū)不存放任何數(shù)據(jù)，磁頭在此區(qū)域啟停，不存在損傷任何數(shù)據(jù)的問題。讀取數(shù)據(jù)時，盤片高速旋轉，由于對磁頭運動采取了精巧的空氣動力學設計，此時磁頭處于離盤面數(shù)據(jù)區(qū)0.2---0.5微米高度的”飛行狀態(tài)“。既不與盤面接觸造成磨損，又能可靠的讀取數(shù)據(jù)。盤體：硬盤的盤體由多個盤片組成，這些盤片重疊在一起放在一個密17電機：硬盤內的電機都為無刷電機，在高速軸承支撐下機械磨損很小，可以長時間連續(xù)工作。高速旋轉的盤體產生了明顯的陀螺效應，所以工作中的硬盤不宜運動，否則將加重軸承的工作負荷。電機：硬盤內的電機都為無刷電機，在高速軸承支撐下機械磨損很小18三磁存儲材料磁記錄材料是磁記錄技術所用的磁性材料，包括磁記錄介質材料和磁記錄頭材料(簡稱磁頭材料)。在磁記錄(稱為寫入)過程中，首先將聲音、圖像、數(shù)字等信息轉變?yōu)殡娦盘?，再通過記錄磁頭轉變?yōu)榇判盘枺庞涗浗橘|便將磁信號保存(記錄)在磁記錄介質材料中。在需要取出記錄在磁記錄介質材料中的信息時，只要經(jīng)過同磁記錄(寫入)過程相反的過程(稱為讀出過程)，即將磁記錄介質材料中的磁信號通過讀出磁頭，將磁信號轉變?yōu)殡娦盘枺賹㈦娦盘栟D變?yōu)槁曇?類似電話)、圖像(類似電視)或數(shù)字(類似計算機)。三磁存儲材料磁記錄材料是磁記錄技術所用的磁性材料，包括磁19對磁記錄介質材料的磁特性要求主要是：(1)適當高的矯頑力Hc，(2)高的飽和磁化強度Ms，(3)高的剩磁比，(4)高的穩(wěn)定性。目前應用的磁記錄介質材料主要有：(1)鐵氧體磁記錄材料，如γ型三氧化二鐵(γ-Fe2O3)等。(2)金屬磁膜磁記錄材料，如鐵-鈷(Fe-Co)合金膜等。(3)鋇鐵氧體(BaFe12O19)系垂直磁記錄材料等。對磁記錄頭材料的磁特性要求主要是：(1)高的磁導率μ，(2)高的飽和磁化強度Ms，(3)低的矯頑力Hc，(4)高的磁穩(wěn)定性。目前應用的磁記錄頭材料主要有：(1)鐵氧體磁頭材料，如錳-鋅-鐵氧體(Mn，Zn)Fe2O4系統(tǒng)等，(2)高硬度磁性金屬磁頭材料，如鐵-鎳-鈮(Fe-Ni-Nb)系磁性合金等。(3)非晶磁頭材料，如鐵-鎳-硼(Fe-Ni-B)系非晶合金等。對磁記錄介質材料的磁特性要求主要是：(1)適當高的矯頑力Hc2042磁存儲解析課件21磁存儲材料是電子計算機存儲器所用的磁性材料。較早應用的是磁滯回線接近矩形的矩磁材料，利用其兩個剩磁態(tài)+Br和-Br表示計算機中的“1”和“0”狀態(tài)，再利用兩個電流重合便可以“寫入”(Wx，Wy)和“讀出”(Rx，Ry)二進位制的“1”和“0”(如上圖所示)。對矩磁材料的磁特性要求主要是：(1)高的剩磁比Br/Bm，低的矯頑力Hc，(3)短的開關時間，(4)高的信號/噪聲比?？梢詰玫木卮挪牧嫌校?1)鐵氧體磁芯材料，如錳-鎂鐵氧體(Mn，Mg)Fe2O4系統(tǒng)等，(2)金屬磁膜材料，如鐵-鎳(Fe-Ni)系金屬磁膜等。巨磁電阻材料是正在研究和試驗的一類新型磁存儲器材料，這種磁存儲器同目前應用的半導體磁存儲器相比還有其特點和優(yōu)點，因而受到多方面的重視。

磁存儲材料是電子計算機存儲器所用的磁性材料。較早應用的是磁滯22一磁記錄技術的發(fā)展磁記錄技術是指利用磁特性和磁效應記錄、存儲和讀出各種聲音、圖像以及數(shù)據(jù)等信息的技術，其原理是：先將需要記錄和存儲的信息轉變?yōu)橄鄳碾娦盘栞斔偷酱蓬^電路中，使寫入磁頭中產生與輸入電信號相對應的磁場，用該磁場作用于磁記錄介質，使其從原來的退磁狀態(tài)轉變?yōu)榇呕癄顟B(tài)，需要輸出信息時，使用讀出磁頭作用于磁記錄介質，使磁記錄介質產生的磁場作用于讀出磁頭，獲取之前寫入的信息。一磁記錄技術的發(fā)展磁記錄技術是指利用磁特性和磁效應記錄、存23

磁記錄技術的起源可以追溯到1857年使用鋼帶的錄音機雛形。1898年，丹麥人Valdemar

Poulson使用直徑為1

mm的碳鋼絲制作了世界上第一臺可供實用的磁錄音機。1928年，德國人Fritz

Pfleumer與AEG（伊萊克斯）合作制作了第一臺磁帶錄音機，被稱為是磁帶錄音機的鼻祖，從此磁帶錄音機進入實用化。1947年，γ-Fe2O3的發(fā)明標志著磁帶記錄技術與當代的接軌，目前以這種材料為基礎的磁粉仍然被廣泛用于各種磁帶的制作。磁記錄技術的起源可以追溯到1857年使用鋼帶的錄音機雛形。24早期的計算機用磁存儲介質仍然是磁盤，其標志是1953年IBM726磁帶機的出現(xiàn)。隨著計算機技術的發(fā)展，基于模擬信號的錄音、錄像技術由于其較低的保真度、還原度和信息存儲量，已經(jīng)越來越不能滿足人們的需要。這樣，基于二進制的數(shù)字存儲技術受到了越來越多的關注。在這種存儲技術中，磁化狀態(tài)代表1的信號，退磁狀態(tài)（未磁化）則代表0的信號，這樣，就實現(xiàn)了在更小的空間實現(xiàn)大量信息存儲的可能。由于這種存儲技術主要用于計算機技術中，因此基于計算機存儲的磁盤存儲技術也就取代磁帶機成為人們關注的熱點。這種技術的實用化始于1956年IBM公司制作的世界。早期的計算機用磁存儲介質仍然是磁盤，其標志是1953年IBM25上第一個固定式磁盤裝置IBM

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RAMAC，當時引起轟動的這臺重達一噸的龐然大物由50個24平方英寸的盤片構成(圖1)，擁有“驚人”的5

MB的存儲量。五十多年過去，如今普通人花費不到千元就可以輕易購買到容量超過1

TB的商用硬盤，其容量已經(jīng)超過IBM

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RAMAC的20萬倍之多，但是其體積卻大大減小，這離不開幾種關鍵磁存儲技術，包括薄膜磁頭、MR（磁電阻）磁頭、GMR（巨磁電阻）、TMR（隧道磁電阻）和AFC（反鐵磁耦合）磁存儲介質給磁存儲技術帶來的幾次飛躍式發(fā)展。

上第一個固定式磁盤裝置IBM

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RAMAC，當時引起轟26要了解磁盤存儲技術，首先我們需要了解計算機硬盤的內部結構。通常的硬盤其內部結構由四部分組成：盤片（介質）、磁頭（包括寫入磁頭和讀出磁頭）、主軸電機和磁頭驅動單元。對于磁存儲技術，我們重點關心的是磁記錄介質和磁頭部分。

要了解磁盤存儲技術，首先我們需要了解計算機硬盤的內部結構。通27可以很容易想象，為了縮小硬盤的尺寸，我們必須提高磁存儲介質（盤片）的存儲密度，也就是說需要在相同的盤片面積上存儲更多的信息量。但在這種技術改進的過程中，人們發(fā)現(xiàn)提高盤片的存儲密度在技術上已經(jīng)可以實現(xiàn)，但如何將存儲在盤片上的數(shù)據(jù)讀取出來，這反而成了最大的問題。這是因為，早期人們使用的是基于Farady感應的電磁感性原理來寫入和讀出信號，其讀出精度受到了很大的限制。1970年，日本出現(xiàn)了利用MR效應檢測磁場的技術，1990年，在上述技術的基礎上，美國將薄膜磁阻磁頭的實用化給磁頭技術帶來了一個重大的變革，即寫入磁頭和讀出磁頭的分離：可以很容易想象，為了縮小硬盤的尺寸，我們必須提高磁存儲介質（28人們仍然利用Farady感應，使用寫入磁頭在磁盤介質上寫入信息，但使用的讀出磁頭產生了變化，即改為利用磁場帶來的薄膜磁頭磁阻的變化來進行數(shù)據(jù)的讀取，其靈敏度遠遠大于電磁感應帶來的磁場變化再轉變?yōu)殡娦盘枏姸茸兓梢蕴綔y的靈敏度，這樣人們就輕易地獲取了比之前高得多的讀出精度。在薄膜磁阻技術的基礎上，GMR（巨磁電阻）磁頭和TMR（隧道結磁電阻）磁頭以及伴生的自旋閥GMR磁頭將普通磁頭技術乃至磁存儲技術推上了一個新的臺階。而德國人Peter

Grünberg和法國人Albert

Fert也因為分別于1986年和1988年發(fā)現(xiàn)了GMR效應而獲得了2007年的諾貝爾物理學獎。目前市場上所生產的硬盤已經(jīng)全部裝配了TMR技術。

人們仍然利用Farady感應，使用寫入磁頭在磁盤介質上寫入信29

除了磁頭技術的發(fā)展，磁記錄介質以及記錄方式的發(fā)展則是磁存儲技術改進的另一個重要方面。人們一方面尋求具有更高磁各向異性的材料，以提高材料的矯頑力和信息存儲能力，而縱向磁記錄(Longitudinal

recording)向垂直磁記錄(Perpendicular

recording)這種記錄方式的變化則是改革的另一個重要層面。在縱向磁記錄方式下，當記錄密度提高到一定程度時，磁記錄單元（稱為磁疇）之間可能產生一定的干擾，降低了讀取信號的精確性，甚至可能導致數(shù)據(jù)的丟失；另一方面，隨著記錄密度的提高，磁疇尺寸不斷減小，這時會帶來一種被稱為超順磁效應的現(xiàn)象。在這種情況下，由于記錄單元尺寸過小，其熱擾動效應已經(jīng)足以覆蓋其磁信號，這時磁記錄介質將會在宏觀上失去磁性，帶來數(shù)據(jù)的不能正常讀取。

除了磁頭技術的發(fā)展，磁記錄介質以及記錄方式的發(fā)展則是磁存301980年，日本的巖崎俊一等人研制出了基于單極頭磁頭和CoCr垂直磁記錄介質的世界上第一套垂直磁記錄系統(tǒng)。但之后這種技術的發(fā)展遇到了一定的困難。直到2004年，東芝垂直記錄微硬盤(MK4007GAL

133G/in2)的面世才標志著這種技術實現(xiàn)了真正的實用化。相比于縱向磁記錄技術，這種技術有著諸多的優(yōu)點：(1)

柱形結構/軟襯底的這種配置可以提供相當于傳統(tǒng)環(huán)形磁頭2倍的磁場（雙倍寫入能力），高的磁頭磁場可以使用比傳統(tǒng)更高矯頑力Hc和各向異性能Ku的介質，這使得更小的顆粒尺寸（交換單位）支持更高磁記錄的密度成為可能；(2)

尖銳的過渡區(qū)需要更高的介質層厚度，對單位體積來說，容納了更多的顆粒（交換單位），提高了磁記錄的密度，柱狀結構降低了垂直于膜面方向的退磁能，提高了磁滯回線的矩形比；1980年，日本的巖崎俊一等人研制出了基于單極頭磁頭和Co31(3)

有效的限制了寫入過程中的邊界效應，提高了磁記錄的密度和信號的分辨率；(4)

由于交換單位體積的減小，可以在讀寫過程中使用更短的波長，提高了硬盤讀寫的速度；(5)

垂直磁記錄介質擁有強的單軸各向異性，這導致了窄的交換場分布和尖銳的寫入過渡區(qū)，從而提高了讀寫過程中的信噪比；(6)

水平磁記錄密度的提高依賴于顆粒尺寸的減小，而這又受超順磁馳豫的制約，垂直磁記錄尖銳的過渡區(qū)可以允許使用比水平磁記錄更大的顆粒尺寸來達到相同的記錄密度，從而提高了記錄密度的上限。目前，這種技術已經(jīng)被廣泛應用于商業(yè)PC硬盤中。

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有效的限制了寫入過程中的邊界效應，提高了磁記錄的密度32二磁存儲過程和原理1.磁存儲過程磁存儲的模式主要可以分為三種：水平存儲模式，垂直存儲模式和雜化存儲模式。磁存儲系統(tǒng)包括以下幾個基本單元：存儲介質，換能器，傳送介質裝置以及匹配的電子線路。磁存儲介質是含有高矯頑力磁性材料的薄膜，磁性材料既可以是連續(xù)的薄膜，也可以是埋在膠粘劑中的磁性粒子。這種磁化的磁介質（如磁帶）以恒定的速度沿著一個環(huán)形電磁鐵相切的方向運動。工作縫隙對著介質，存儲信號時，在磁頭線圈中通入信號電流，就會在縫隙產生磁場溢出，如果磁帶與磁頭的相對速度保持不變，則剩磁沿二磁存儲過程和原理33

著介質長度方向上的變化規(guī)律完全反映信號的變化規(guī)律，這就是存儲信號的基本過程。記錄磁頭能夠在介質中感生與饋入電流成比例的磁化強度。電流隨著時間的變化轉化成磁化強度隨距離的變化而被存儲在磁帶上。磁化的這種變化在磁帶附近產生磁場。如磁帶（已存儲信息的介質）重新接近一重放磁頭，通過拾波線圈感生出磁通磁通大小與磁帶中磁化強度成比例?？梢姡蓬^實際是一種換能器。著介質長度方向上的變化規(guī)律完全反映信號的變化規(guī)律，這就是存34利用磁存儲方法有很多不同類型的信號。應用最早最廣泛的是記錄音頻信號。由于其頻率低，所以介質運動速度慢。音頻記錄的主要要求是線性度好和信躁比高。數(shù)字磁存儲也普遍采用了磁帶和磁盤。硬盤驅動器的信號頻率高，轉速也快，因此要求高的隨機存取速度和高的可靠性。視頻記錄主要是記錄圖像，其記錄通常使用調頻信號，采用旋轉磁頭，這樣可以提高磁頭與介質之間的相對速度。從原理上講，所有的記錄都是可以用數(shù)字式磁存儲方式實現(xiàn)。利用磁存儲方法有很多不同類型的信號。應用最早最廣泛的是記錄音352.磁存儲原理磁介質的數(shù)據(jù)存儲設備，數(shù)據(jù)存儲在密封于潔凈的硬盤驅動器內腔的若干個磁盤片上。這些盤片一般是在以鋁為主要成分的片基表面涂上磁性介質所形成，在磁盤片的每一面上，以轉動軸為軸心、以一定的磁密度為間隔的若干個同心圓就被劃分成磁道（track），每個磁道又被劃分為若干個扇區(qū)（sector），數(shù)據(jù)就按扇區(qū)存放在硬盤上。在每一面上都相應地有一個讀寫磁頭（head），所以不同磁頭的所有相同位置的磁道就構成了所謂的柱面（cylinder）。傳統(tǒng)的硬盤讀寫都是以柱面、磁頭、扇區(qū)為尋址方式的（CHS尋址）。硬盤在上電后保持高速旋轉，位于磁頭臂上的磁頭懸浮在磁盤表面，可以通過步進電機在不同柱面之間移動，對不同的柱面進行讀寫。

2.磁存儲原理36現(xiàn)代硬盤的工作原理現(xiàn)在的硬盤,無論是IDE還是SCSI,采用的都是“溫徹思特“技術,都有以下特點：1.磁頭，盤片及運動機構密封。2.固定并高速旋轉的鍍磁盤片表面平整光滑。3.磁頭沿盤片徑向移動。4.磁頭對盤片接觸式啟停，但工作時呈飛行狀態(tài)不與盤片直接接觸?，F(xiàn)代硬盤的工作原理37盤片：硬盤盤片是將磁粉附著在鋁合金（新材料也有用玻璃）圓盤片的表面上.這些磁粉被劃分成稱為磁道的若干個同心圓，在每個同心圓的磁道上就好像有無數(shù)的任意排列的小磁鐵，它們分別代表著0和1的狀態(tài)。當這些小磁鐵受到來自磁頭的磁力影響時，其排列的方向會隨之改變。利用磁頭的磁力控制指定的一些小磁鐵方向，使每個小磁鐵都可以用來儲存信息。盤片：硬盤盤片是將磁粉附著在鋁合金（新材料也有用玻璃）圓盤片38盤體：硬盤的盤體由多個盤片組成，這些盤片重疊在一起放在一個密封的盒中，它們在主軸電機的帶動下以很高的速度旋轉，其每分鐘轉速達3600，4500，5400，7200甚至以上。磁頭：硬盤的磁頭用來讀取或者修改盤片上磁性物質的狀態(tài)，一般說來，每一個磁面都會有一個磁頭，從最上面開始，從0開始編號。磁頭在停止工作時，與磁盤是接觸的，但是在工作時呈飛行狀態(tài)。磁頭采取在盤片的著陸區(qū)接觸式啟停的方式，著陸區(qū)不存放任何數(shù)據(jù)，磁頭在此區(qū)域啟停，不存在損傷任何數(shù)據(jù)的問題。讀取數(shù)據(jù)時，盤片高速旋轉，由于對磁頭運動采取了精巧的空氣動力學設計，此時磁頭處于離盤面數(shù)據(jù)區(qū)0.2---0.5微米高度的”飛行狀態(tài)“。既不與盤面接觸造成磨損，又能可靠的讀取數(shù)據(jù)。盤體：硬盤的盤體由多個盤片組成，這些盤片重疊在一起放在一個密39電機：硬盤內的電機都為無刷電機，在高速軸承支撐下機械磨損很小，可以長時間連續(xù)工作。高速旋轉的盤體產生了明顯的陀螺效應，所以工作中的硬盤不宜運動，否則將加重軸承的工作負荷。電機：硬盤內的電機都為