8.5. Ферромагнитный материал

Физический принцип основан на соответствующей ориентации магнитных доменов. Магнитные домены– области самопроизвольной намагниченности, на которые разбивается магнитный материал. Домен образует вокруг себя магнитное поле, направление этого поля, которое определяется ориентации домена, соответствует «1» или «0». Этот способ хранения информации обладает рядом важных достоинств: высокая плотность размещения информации (как следствие малая масса и очень низкая стоимость физической среды), энергонезависимость, надежность хранения (при отсутствии очень сильных внешних магнитных полей). Основной недостаток такого способа – трудность преобразования информации в блоке накопления, т.е. магнитного поля, в электрические сигналы и наоборот. Наиболее доступный и распространенный в настоящее время способ – электромагнитная индукция.

Здесь есть две возможности организации доступа к элементам блока накопления. Первая – выполнить ферромагнитный материал в виде кольца. Все домены в этом кольце будут иметь одно направление. Для записи/чтения через кольцо пропускаются проводники. Пропускание тока через проводник позволяет прочитать или изменить (записать) состояние домена. Второй способ – домены размещать на поверхности ферромагнитного материала, а запись и чтение производить незамкнутым магнитным контуром, охваченным проводником (индукционной катушкой) для формирования и чтения магнитного поля в нем. Система из незамкнутого магнитного контура и катушки называется магнитной головкой или головкой чтения-записи. Магнитное поле контура, сформированное током в проводнике, при поднесении близко к материалу изменяет состояние домена, так производится запись. Контур, поднесенный к домену, усиливает магнитное поле домена. При движении контура вдоль домена изменяющееся магнитное поле формирует электрический импульс в индукционном кольце, – так производится чтение.

Первый способ применяется в УХД типа «память», такая память называется памятью на ферритовых кольцах. Он неудобен, прежде всего, трудоемкостью изготовления, так как через каждое ферромагнитное кольцо необходимо пропустить несколько проводников, из-за этого резко уменьшается плотность хранения информации, увеличивается масса и стоимость УХД, поэтому этот способ в настоящее время не применяется.

Второй способ сложен, прежде всего, изготовлением магнитной головки. Стоимость магнитной головки настолько велика, что на всю емкость УХД реально использовать лишь несколько магнитных головок. По этой причине такой способ применяется только в УХД типа «накопитель». В свою очередь, это означает:

а) скорость чтения записи ограничена, прежде всего, скоростью перемещения магнитной головки вдоль магнитной поверхности;

б) перед записью/чтением соответствующую магнитную головку необходимо переместить на нужное место поверхности, т.е. выполнить процедуру поиска ячейки, что также ограничивает скорость доступа.

Разнообразие устройств, основанных на ферромагнитном принципе хранения, отчасти объясняется разнообразием способов перемещения магнитной головки вдоль поверхности.

Другой недостаток второго способа заключается в требованиях к материалу носителя. В зависимости от способа взаимного перемещения магнитной головки и поверхности, к материалу предъявляются достаточно разные но, часто, весьма высокие требования по плотности, прочности, твердости, технологичности изготовления и т.д. и т.п. Ферромагнитных материалов существует не так много, все они содержат в своей основе соединения железа, хрома или никеля и, при всем разнообразии их магнитных свойств, обладают весьма сходными прочими механическими и физическими характеристиками. Эти характеристики весьма далеки от тех, которые требуются для создания устройств, обеспечивающих точное и быстрое взаимное перемещение головки и среды. Выход был найден в следующем. Материал-основа с требуемыми механическими свойствами просто покрывается тонкой ферромагнитной пленкой. Пленка наносится либо в виде лака, либо напылением в вакууме, причем второй способ намного дороже, но позволяет создавать более ровный слой магнитной поверхности.

Основные достоинства накопителей, использующих ферромагнитный метод хранения: очень высокая плотность размещения информации и, как следствие – очень низкая себестоимость изготовления одного бита. По этой причине, а также из-за энергонезависимости среды хранения, этот способ получил самое широкое распространение среди накопителей.

В последнее время предлагаются новые способы преобразования информации, записанной на ферромагнитных средах. Магниторезистивная головкачтения– чтение осуществляется при помощи материала, меняющего свое сопротивление под воздействием магнитного поля. В такой головке не требуется формировать магнитное поле для последующего преобразования в электрический ток в обмотке. Головка работает с меньшими токами, надежнее, а чтение может происходить несколько быстрее, чем запись.Магнитооптическая головка чтения– используется свойство магнитного поля менять плоскость поляризации света. В этом случае чтение можно производить при помощи лазерного луча, пробегающего вдоль дорожки, что позволяет сделать расстояние между головкой чтения и средой сравнительно большим.Магнитооптическая головка записи– каждый домен перед записью нагревается до точки Кюри, что позволяет производить запись магнитным полем меньшей интенсивности.