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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，磁頭會自動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)會在磁頭上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。TFI讀磁頭之所以會達(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：一個傳感層、一個非導(dǎo)電中介層、一個磁性的栓層和一個交換層。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)，所以一個盤片對應(yīng)兩個磁頭才能正常工作。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)兩個磁頭；而同樣總?cè)萘?20GB的硬盤，采用二張盤片，則只有三個磁頭，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，意外掉落，能使讀寫頭對盤片造成沖擊，在這個過程中通常損壞讀寫頭。

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