Cabezal de lectura y escritura del disco

Microfotografía de un cabezal de disco duro. El borde frontal mide aproximadamente 0,3 × 1,2 mm. La parte funcional del cabezal es la estructura redonda de color naranja que se encuentra en el centro. Obsérvense también los cables de conexión unidos a almohadillas chapadas en oro.

El cabezal de lectura/escritura de un disco es la pequeña parte de una unidad de disco que se mueve sobre el plato del disco y transforma el campo magnético del plato en corriente eléctrica (lee el disco) o, viceversa, transforma la corriente eléctrica en campo magnético (escribe el disco). ^{[ 1 ]} Los cabezales han sufrido varios cambios a lo largo de los años.

En un disco duro, los cabezales vuelan sobre la superficie del disco con una separación de tan solo 3 nanómetros . La altura de vuelo ha ido disminuyendo con cada nueva generación de tecnología para permitir una mayor densidad de área . La altura de vuelo del cabezal se controla mediante el diseño de un cojinete de aire grabado en la superficie del deslizador que da al disco . La función del cojinete de aire es mantener una altura de vuelo constante mientras el cabezal se mueve sobre la superficie del disco. Los cojinetes de aire están cuidadosamente diseñados para mantener la misma altura en todo el plato, a pesar de las diferentes velocidades que dependen de la distancia del cabezal al centro del plato. ^{[ 2 ]} Si el cabezal golpea la superficie del disco, puede producirse un fallo catastrófico del cabezal . Los cabezales suelen tener un recubrimiento de carbono tipo diamante . ^{[ 3 ]}

Cabezales inductivos

Las cabezas inductivas utilizan el mismo elemento tanto para leer como para escribir.

Cabeza tradicional

Los cabezales en sí mismos comenzaron siendo similares a los de las grabadoras de cinta , dispositivos simples hechos de una pequeña pieza en forma de C de material altamente magnetizable, como permalloy o ferrita, envuelta en una fina bobina de alambre. Al grabar, la bobina se energiza, se forma un fuerte campo magnético en el espacio de la C y la superficie de grabación adyacente a dicho espacio se magnetiza. Al leer, el material magnetizado gira pasando por los cabezales, el núcleo de ferrita concentra el campo y se genera una corriente en la bobina. En el espacio, el campo es muy fuerte y bastante estrecho. Dicho espacio es aproximadamente igual al grosor del medio magnético en la superficie de grabación. El espacio determina el tamaño mínimo de un área grabada en el disco. Los cabezales de ferrita son grandes y graban características bastante grandes. También deben volar a una distancia considerable de la superficie, lo que requiere campos más fuertes y cabezales más grandes. ^{[ 4 ]}

Cabezales de soldadura MIG (metal en hueco)

Los cabezales MIG (metal-in-gap ) son cabezales de ferrita con una pequeña pieza de metal en el espacio entre ellos que concentra el campo magnético. Esto permite leer y escribir detalles pequeños. Los cabezales MIG fueron reemplazados por cabezales de película delgada.

Cabezales de película delgada

Introducida por primera vez en 1979 en la unidad de disco IBM 3370 , la tecnología de película delgada utiliza técnicas fotolitográficas similares a las empleadas en dispositivos semiconductores para fabricar cabezales de discos duros. En aquel entonces, estos cabezales eran más pequeños y precisos que los cabezales de ferrita que se utilizaban; eran electrónicamente similares y se basaban en los mismos principios físicos. Se construyeron finas capas de materiales magnéticos (Ni-Fe), aislantes y de bobina de cobre sobre sustratos cerámicos que luego se separaron físicamente en cabezales individuales de lectura/escritura integrados con su cojinete de aire, lo que redujo significativamente el costo de fabricación por unidad. ^{[ 5 ]} Los cabezales de película delgada eran mucho más pequeños que los cabezales MIG y, por lo tanto, permitieron el uso de características de grabación más pequeñas. Los cabezales de película delgada permitieron que las unidades de 3,5 pulgadas alcanzaran capacidades de almacenamiento de 4 GB en 1995. La geometría del espacio entre los cabezales fue un compromiso entre lo que funcionaba mejor para la lectura y lo que funcionaba mejor para la escritura. ^{[ 4 ]}

Cabezales magnetoresistivos (cabezales MR)

La siguiente mejora en el diseño del cabezal consistió en separar el elemento de escritura del de lectura, lo que permitió optimizar un elemento de película delgada para la escritura y otro elemento de cabezal de película delgada independiente para la lectura. El elemento de lectura independiente utiliza el efecto magnetorresistivo (MR), que modifica la resistencia de un material en presencia de un campo magnético. Estos cabezales MR son capaces de leer características magnéticas muy pequeñas de forma fiable, pero no pueden utilizarse para generar el campo intenso necesario para la escritura. El término AMR (magnetorresistencia anisotrópica) se utiliza para distinguirlo de las mejoras posteriores en la tecnología MR denominadas GMR ( magnetorresistencia gigante ) y TMR (magnetorresistencia de túnel).

La transición a los medios de grabación magnética perpendicular ( PMR ) tiene implicaciones importantes para el proceso de escritura y el elemento de escritura de la estructura del cabezal, pero menos para el sensor de lectura MR de la estructura del cabezal. ^{[ 6 ]}

Los responsables de AMR

La introducción del cabezal AMR en 1990 por IBM ^{[ 7 ]} dio lugar a un período de rápidos aumentos de la densidad superficial de aproximadamente un 100% por año.

Los directivos de GMR

En 1997, los cabezales GMR (magnetorresistivos gigantes) comenzaron a reemplazar a los cabezales AMR. ^{[ 7 ]}

Desde la década de 1990, se han realizado varios estudios sobre los efectos de la magnetoresistencia colosal (CMR), que podría permitir aumentos aún mayores en la densidad. Sin embargo, hasta el momento no se ha logrado ninguna aplicación práctica debido a que requiere bajas temperaturas y equipos de gran tamaño. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}

Cabezas TMR

En 2004, Seagate presentó las primeras unidades que utilizaban cabezales de magnetorresistencia de túnel ( TMR ) ^[⁷^] , lo que permitió unidades de 400 GB con 3 platos de disco. Seagate introdujo cabezales TMR con bobinas calefactoras microscópicas integradas para controlar la forma de la región del transductor del cabezal durante el funcionamiento. El calentador se puede activar antes de comenzar una operación de escritura para asegurar la proximidad del polo de escritura al disco y al medio. Esto mejora las transiciones magnéticas escritas al garantizar que el campo de escritura del cabezal sature completamente el medio magnético del disco. El mismo enfoque de actuación térmica se puede utilizar para disminuir temporalmente la separación entre el medio del disco y el sensor de lectura durante el proceso de lectura, mejorando así la intensidad y la resolución de la señal. A mediados de 2006, otros fabricantes comenzaron a utilizar enfoques similares en sus productos.

Véase también

Applied Magnetics Corporation , que en su día fue el mayor proveedor de cabezales de disco
Cabezal de cinta

Referencias

↑ Mee, C.; Daniel, Eric D. (1996). Tecnología de grabación magnética . Nueva York: McGraw-Hill. pág. 7.1. ISBN 978-0-07-041276-7.
↑ "Discos duros 101: Almacenamiento magnético" . Tom's Hardware . 31 de agosto de 2011. Consultado el 9 de junio de 2021 .
↑ Goto, Yasuyuki; Nakamura, Norikazu; Mizutani, Akiyo; Chiba, Hiroshi; Watanabe, Keiji (14 de julio de 2005). «Tecnologías de interfaz cabezal-disco para alta densidad y fiabilidad de grabación» (PDF) . Fujitsu Scientific & Technical Journal . 42 : 113–121 . Archivado del original (PDF) el 19 de julio de 2025.
1 2 "Diseños de cabezales de lectura/escritura: ferrita, metal en espacio y película delgada - Discos duros 101: almacenamiento magnético" . Tom's Hardware . 30 de agosto de 2011. Consultado el 13 de abril de 2019 .
↑ "1979: Introducción de cabezales de película delgada para discos grandes" . Museo de Historia de la Computación . 2 de diciembre de 2015. Consultado el 19 de junio de 2019 .
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1 2 3 Christopher H. Bajorek (noviembre de 2014). "Cabezal magnetoresistivo (MR) y las primeras unidades de disco basadas en cabezales MR: Sawmill y Corsair" (PDF) . Museo de Historia de la Computación, Mountain View, CA. Archivado del original (PDF) el 20 de diciembre de 2015. Recuperado el 25 de septiembre de 2015 .
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↑ Dagotto, Elbio (14 de marzo de 2013). «Breve introducción a la magnetorresistencia gigante (GMR)». Separación de fases a nanoescala y magnetorresistencia colosal: la física de los manganitas y compuestos relacionados . Springer Series in Solid-State Sciences. Vol. 136. Springer Science & Business Media. págs. 395–396 . doi : 10.1007/978-3-662-05244-0_21 . ISBN 9783662052440.

Enlaces externos

Guía para PC: Funcionamiento de los cabezales de lectura/escritura
IBM Research: Introducción a GMR, animaciones. Archivado el 11 de enero de 2012 en Wayback Machine.
Hitachi Global Storage Technologies: Materiales del cabezal de grabación archivados el 30/03/2012 en Wayback Machine.

[1] Mee, C.; Daniel, Eric D. (1996). Tecnología de grabación magnética . Nueva York: McGraw-Hill. pág. 7.1. ISBN 978-0-07-041276-7.

[2] "Discos duros 101: Almacenamiento magnético" . Tom's Hardware . 31 de agosto de 2011. Consultado el 9 de junio de 2021 .

[3] Goto, Yasuyuki; Nakamura, Norikazu; Mizutani, Akiyo; Chiba, Hiroshi; Watanabe, Keiji (14 de julio de 2005). «Tecnologías de interfaz cabezal-disco para alta densidad y fiabilidad de grabación» (PDF) . Fujitsu Scientific & Technical Journal . 42 : 113–121 . Archivado del original (PDF) el 19 de julio de 2025.

[:0-4] 1 2 "Diseños de cabezales de lectura/escritura: ferrita, metal en espacio y película delgada - Discos duros 101: almacenamiento magnético" . Tom's Hardware . 30 de agosto de 2011. Consultado el 13 de abril de 2019 .

[5] "1979: Introducción de cabezales de película delgada para discos grandes" . Museo de Historia de la Computación . 2 de diciembre de 2015. Consultado el 19 de junio de 2019 .

[6] IWASAKI, Shun-ichi (febrero de 2009). "Grabación magnética perpendicular: su desarrollo y realización" . Actas de la Academia Japonesa. Serie B, Ciencias Físicas y Biológicas . 85 ( 2): 37– 54. Bibcode : 2009PJAB...85...37I . doi : 10.2183/pjab.85.37 . ISSN 0386-2208 . PMC 3524294. PMID 19212097 .

[comphist-museum-7] 1 2 3 Christopher H. Bajorek (noviembre de 2014). "Cabezal magnetoresistivo (MR) y las primeras unidades de disco basadas en cabezales MR: Sawmill y Corsair" (PDF) . Museo de Historia de la Computación, Mountain View, CA. Archivado del original (PDF) el 20 de diciembre de 2015. Recuperado el 25 de septiembre de 2015 .

[8] "Químicos exploran nuevos materiales con posibilidades de discos duros de computadora de 'próxima generación'" . Noticias de la Universidad de Aberdeen . 27 de enero de 2014.

[9] Dagotto, Elbio (14 de marzo de 2013). «Breve introducción a la magnetorresistencia gigante (GMR)». Separación de fases a nanoescala y magnetorresistencia colosal: la física de los manganitas y compuestos relacionados . Springer Series in Solid-State Sciences. Vol. 136. Springer Science & Business Media. págs. 395–396 . doi : 10.1007/978-3-662-05244-0_21 . ISBN 9783662052440.

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