Подвійний антиферомагнітний шар

Останнім досягненням у технології виготовлення носіїв жорстких дисків є використання антиферомагнітних подвійних шарів (antіferromagnetіcally coupled - AFC), що дозволяють істотно збільшити щільність робочого шару, перевищивши накладені раніше обмеження. Збільшення щільності матеріалу дає можливість зменшити товщину магнітного шару диска. Щільність запису жорстких дисків (яка виражається в кількості доріжок на дюйм або в числі біт на дюйм) досягла тієї точки, у якій кристали магнітного шару, використовувані для зберігання даних, стають настільки малі, що це приводить до їхньої нестабільності й, як наслідок, до низької надійності запам'ятовувального пристрою. Границі щільності, що одержали назву суперпарамагнітного обмеження, повинні перебувати в межах від 30 до 50 Мбіт/квадратний дюйм. У наш час щільність запису даних уже досягла 35 Гбіт/квадратний дюйм, тобто супер парамагнітне обмеження стає досить істотним фактором, що визначає властивості створюваних накопичувачів.

AFC-носії складаються із двох магнітних шарів, розділених досить тонкою плівкою металевого рутенію, товщина якої 3 атоми (6 ангстрем). Для опису цього надтонкого шару рутенію використався жартівливий термін "pіxіe dust" (пилок ельфів), придуманий в ІBM. Подібна багатошарова конструкція утворить антиферомагнітне з'єднання, що складається з верхніх і нижнього магнітних шарів, що дозволяє розрізняти магнітні шари (верхній і нижній) по всій видимій висоті жорсткого диска. Така конструкція дає можливість використати фізично більше товсті магнітні шари, що мають більше стійкі кристали великого розміру, завдяки чому носії можуть функціонувати як ординарний шар, що відрізняється набагато меншою загальною товщиною.

В 2001 році компанія ІBM використала AFC-технологію при створенні цілої серії 2,5-дюймових накопичувачів Travelstar 30GN для портативних комп'ютерів; жорсткі диски цього типу стали першими накопичувачами з робочим шаром AFC, що з'явилися на ринку. Крім того, ІBM почала створювати 3,5-дюймові накопичувачі з робочим шаром AFC, використовувані в настільних комп'ютерах. Першим накопичувачем цього типу став Deskstar 120 GXP. Я думаю, що незабаром й інші виробники почнуть виготовляти жорсткі диски за цією технологією. Використання робочого шару AFC дозволить, як очікується, підвищити щільність запису даних до 1000 Гбіт/квадратний дюйм і більше.

Голівки читання/запису

У накопичувачах на жорстких дисках для кожної із сторін кожного диска передбачена власна голівка читання/запису. Всі голівки змонтовані на загальному рухливому каркасі й переміщаються одночасно.

К онструкція каркаса з голівками досить проста. Кожна голівка встановлена на кінці важеля, закріпленого на пружині й злегка притискає її до диска. Мало хто знає про те, що диск як би затиснутий між парою голівок (зверху й знизу). І якби це не спричинило ніяких наслідків, можна було б провести невеликий експеримент: відкрити накопичувач і підняти пальцем верхню голівку. Як тільки б ви її відпустили, вона повернулася б у первісне положення (те ж саме відбулося б і з нижньою голівкою).

На мал. 10.7 показана стандартна конструкція механізму приводу голівок з рухливою котушкою.

Коли накопичувач виключений, голівки торкаються дисків під дією пружин. При розкручуванні дисків аеродинамічний тиск під голівками підвищується й вони відриваються від робочих поверхонь ("злітають"). Коли диск обертається на повній швидкості, зазор між ним і голівками може становити 0,5-5 мікродюймів і навіть більше. На початку 1960-х років величина зазору між диском і голівками становила 200-300 мікродюймів; у сучасних накопичувачах вона досягає 10 нанометрів або 0,4 мікродюйми.

Увага!

Загальна тенденція така: чим раніше був випущений накопичувач і чим менше його ємність, тим більше зазор між голівками й поверхнями дисків. Саме через малий розмір цього зазору блок HDA можна розкривати тільки в абсолютно чистих приміщеннях: будь-яка порошина, що потрапила в зазор, може привести до помилок при зчитуванні даних і навіть до зіткнення голівок з дисками на повному ходу. В останньому випадку може бути ушкоджена або голівка, або диск, що однаково неприємно.

Саме тому зборка блоків HDA виконується тільки в чистих приміщеннях, що відповідають вимогам класу 100 (або навіть більше високим). Це означає, що в одному кубічному футі повітря може бути присутнім не більше 100 порошин розміром до 0,5 мкм. Для порівняння: стояча нерухомо людина щохвилини видихає порядку 500 таких часток! Тому приміщення оснащуються спеціальними системами фільтрації й очищення повітря. Блоки HDA можна розкривати тільки в таких умовах.

Підтримка настільки стерильних умов коштує чималих грошей. Деякі фірми випускають "чисті цехи" у настільному виконанні. Коштують вони всього кілька тисяч доларів і виглядають, як великі ящики із прозорими стінками, у які вмонтовані рукавички для рук оператора. Перш ніж приступити до роботи, оператор повинен вставити в ящик пристрій і всі необхідні інструменти, потім закрити ящик і включити систему фільтрації. Через якийсь час можна буде починати розбирання та інші маніпуляції з накопичувачем.

Існують й інші способи створення стерильних умов. Уявіть собі, наприклад, монтажний стіл, відгороджений від навколишнього простору повітряною завісою, причому безпосередньо на робоче місце під тиском постійно подається очищене повітря. Це нагадує встановлювані на зиму у дверях магазинів "фіранки" з гарячого повітря, які не заважають проходу, але й не дають теплу із приміщення вийти назовні.

Оскільки подібне встаткування коштує досить дорого, за ремонт накопичувачів на жорстких дисках звичайно беруться тільки їхні виробники.

Конструкції голівок читання/запису

У міру розвитку технології виробництва дискових накопичувачів удосконалювалися й конструкції голівок читання/запису. Перші голівки являли собою сердечники з обмоткою (електромагніти). По сучасних мірках їхні розміри були величезними, а щільність запису - надзвичайно низкою. За минулі роки конструкції голівок пройшли довгий шлях розвитку від перших голівок з феритовими сердечниками до сучасних гігантських магніторезистивних моделей.

Механізми приводу голівок

Мабуть, ще більш важливою деталлю накопичувача, чим самі голівки, є механізм, що встановлює їх у потрібне положення й називається приводом голівок.

Саме з його допомогою голівки переміщаються від центра до країв диска й установлюються на заданий циліндр. Існує багато конструкцій механізмів приводу голівок, але їх можна розділити на два основних типи:

• з кроковим двигуном;

• з рухливою котушкою.

Таблиця 103. Залежність характеристик накопичувачів від типу приводу

Характеристика	Привід із кроковим двигуном	Привід з рухливою котушкою
Час доступу до даних	Великий	Малий
Стабільність температури	Низька (дуже!)	Висока
Чутливість до вибору робочого положення	Постійна	Відсутній
Автоматичне паркування голівок	Виконується (не завжди)	Виконується
Профілактичне обслуговування	Періодичне переформатування	Не потрібно
Загальна надійність (відносна)	Низька	Висока

Тип приводу багато в чому визначає швидкодію й надійність накопичувача, вірогідність зчитування даних, його температурну стабільність, чутливість до вибору робочого положення й вібраціям. Скажемо відразу, що накопичувачі із приводами на основі крокових двигунів набагато менш надійні, чим пристрої із приводами від рухливих котушок. Привід - найважливіша деталь накопичувача. У табл. 10.3 наведені два типи приводу голівок накопичувача на жорстких дисках і показана залежність характеристик пристрою від конкретного типу приводу.

Приводи із кроковим двигуном звичайно використовувалися на жорстких дисках з ємністю до 100 Мбайт і менш, які створювалися в 1980-х і на початку 1990-х років. У всіх накопичувачах, що мають більше високу ємність, звичайно використовуються приводи з рухливою котушкою.

У накопичувачах на гнучких дисках для переміщення голівок використовується привід із кроковим двигуном. Його параметрів (у тому числі й точності) виявляється цілком достатньо для дисководів цього типу, оскільки щільність доріжок запису на гнучких дисках значно нижче (135 доріжок на дюйм), чим у накопичувачах на жорстких дисках (більше 5 000 доріжок на дюйм). У більшості накопичувачів, що сьогодні випускають, установлюються приводи з рухливими котушками.