Einführung in den Magnetkopf

Der Festplattenkopf, eine Schlüsselkomponente der Festplatte, wird zum Lesen von Daten verwendet. Seine Hauptfunktion ist die Umwandlung von magnetischen Informationen, die auf der Festplatte gespeichert sind, in elektrische Signale. Er macht sich das Prinzip zunutze, dass der Widerstand einiger spezieller Materialien verändert wird, um die Daten auf der Festplatte zu lesen und zu schreiben. Die Qualität des Festplattenkopfes wirkt sich auf die Speicherdichte der Festplatte aus.

Bei den meisten Computern ist die Lesegeschwindigkeit beim Austausch von Daten mit der Festplatte viel höher als die Schreibgeschwindigkeit. Lese- und Schreibvorgänge haben unterschiedliche Eigenschaften. Diese Faktoren veranlassen die Hersteller von Festplatten, Köpfe zu entwickeln, die beim Lesen und Schreiben auf unterschiedliche Weise arbeiten.

Aufgrund der Beschaffenheit des Magnetkopfes sind die Anforderungen an die Empfindlichkeit und Präzision der magnetischen Induktion recht hoch.

Arten von Magnetköpfen

Der herkömmliche Kopf ist ein elektromagnetischer Kopf, der Lese- und Schreibfunktionen in sich vereint. Der magnetoresistive (MR) Kopf besitzt eine abnehmbare Kopfstruktur. Der Schreibkopf verwendet den herkömmlichen elektromagnetischen Kopf und der Lesekopf den MR-Kopf. Darüber hinaus nutzt der abnehmbare Kopf den magnetoresistiven (MR) Effekt, der den Widerstand eines Materials in Gegenwart eines Magnetfeldes verändert. Dadurch kann er sehr empfindlich auf die veränderlichen Signale reagieren. Auch die Genauigkeit beim Lesen von Daten kann verbessert werden. Darüber hinaus hat die zu lesende Signalamplitude nichts mit der Spurbreite zu tun. Dadurch wird auch die Speicherdichte erhöht.

Der MR-Kopf ist weit verbreitet. Und der GMR-Kopf, der eine bessere Qualität des magnetoresistiven Effekts aufweist, wird sich in Zukunft weiter durchsetzen.

TFI-Kopf (Dünnfilm-Induktionskopf)

Von 1990 bis 1995 wurde die TFI-Lese-/Schreibtechnologie auf Festplatten angewandt. Der TFI-Kopf kann als ein gewickelter Magnetkern beschrieben werden. Die induzierte Spannung wird erzeugt, wenn die Platte durch den Magnetkern läuft. Mit der Verbesserung der magnetischen Empfindlichkeit wird die Schreibfähigkeit geschwächt. Dadurch verliert der TFI-Lesekopf seine Fähigkeit.

AMR-Kopf (Anisotroper Magneto-Resistiver Kopf)

1991 schlug IBM eine neue Technologie vor, nämlich den AMR-Kopf, der auf dem MR-Kopf basiert. Bei der Verbindung mit der rotierenden Platte kann der Kopf die Daten lesen, indem er die Änderung des Magnetfelds erfasst. Bei der Festplatte werden sich die Kapazität der einzelnen Platte und die Technologie des Magnetkopfes gegenseitig einschränken und fördern.

Mitte der 90er Jahre brachte Seagate eine Festplatte auf den Markt, die einen AMR-Magnetkopf verwendet. Der AMR-Magnetkopf übernimmt den TFI-Kopf zum Schreiben, verwendet aber dünne Magnetmaterialien zum Lesen.

Der Widerstand des dünnen Streifens ändert sich entsprechend dem Magnetfeld. Dadurch wird ein starkes Signal erzeugt. Der AMR-Magnetkopf verbessert die Oberflächendichte weiter und reduziert die Anzahl der Komponenten. Aufgrund der Beschränkungen der AMR-Technologie kann die Aufzeichnungsdichte höchstens 3,3 GB/Quadratzoll betragen. Die Empfindlichkeit des AMR-Magnetkopfes ist also ebenfalls begrenzt. Dies trägt zur Entstehung des GMR-Kopfes bei.

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GMR-Kopf (Riesenmagnetowiderstandskopf)

Der GMR-Kopf hat die Lese- und Schreibtechnologie des TFI-Kopfes und des AMR-Kopfes geerbt, ist aber empfindlicher als die ersteren. Der GMR-Kopf besteht aus 4 Schichten leitender Materialien und dünnen magnetischen Materialien. Der GMR-Sensor verfügt über eine höhere Empfindlichkeit als der AMR-Kopf. Dadurch kann er die Dichte und Leistung der Festplatte verbessern.

Magnetischer Tonbandkopf

Ein Tonaufzeichnungsgerät funktioniert nach dem Prinzip elektromagnetischer Induktion, und der Kopf des Tonaufzeichnungsgeräts ist eigentlich ein U-förmiger Elektromagnet. Wenn der Rekorder in Betrieb ist, wird der Ton, der von der Papierscheibe des Mikrofons kommt, nach dem Schütteln in einen induzierten Strom umgewandelt und dann über den Verstärkerkreis zum Kopf übertragen. Der Kopf schmiegt sich eng an das Band an, und der induzierte Strom magnetisiert den Kopf und wird zu einem Elektromagneten. Vor der Aufnahme sollte das Band entmagnetisiert werden, um die ursprünglichen Signale vollständig zu löschen. Der Aufnahmekopf und der Wiedergabekopf bei herkömmlichen Tonaufzeichnungsgeräten sind in Wirklichkeit derselbe Kopf, sie sind nur an unterschiedlichen Positionen angeschlossen. Bei der Aufnahme ist der Kopf mit dem Mikrofon verbunden. Bei der Wiedergabe ist er mit dem Lautsprecher verbunden.

Head-Crash

Ein Headcrash ist eine Fehlfunktion der Festplatte. Er tritt auf, wenn der Schreib-/Lesekopf einer Festplatte den rotierenden Plattenteller berührt. Darüber hinaus führt diese Art von Absturz zu langfristigen und sogar unwiderruflichen Schäden an den magnetischen Medien auf der Plattenoberfläche.

Ein Head-Crash ist eine der Hauptursachen für Festplattenbeschädigungen, sie sind erwähnt in Datenrettung von beschädigten internen Festplatten – Leitfaden (Teil zwei: 7 Hauptursachen für Festplattenbeschädigungen).

Ein Kopf bewegt sich oft auf einem hauchdünnen Schleier aus Luftströmung, die in der Oberfläche seiner Platte enthalten ist. Die oberste Schicht der Platte besteht aus einem speziellen Material, das die Funktion eines Gleitmittels erfüllt. Darunter befindet sich eine Schicht aus Knisterkohle. Diese beiden Schichten (eher hart in der Qualität) können der Magnetschicht (aus Dünnschichtmaterialien) helfen, die meisten zufälligen Berührungen des Schreib-Lese-Kopfes zu vermeiden.

Ein Head-Crash kann durch eine Kraft verursacht werden, die von den Köpfen auf die Platten einwirkt, um in die magnetische Speicherschicht einzubrechen. Mikroskopisch kleiner Staub oder andere Verschmutzungen, heftiges Schütteln oder Schwingen oder das versehentliche Herunterfallen einer Festplatte in Betrieb können dazu führen, dass ein Kopf gegen die Platte prallt, wodurch die dünne Magnetschicht des Kopfes beschädigt wird und die Köpfe dann zerstört werden.