【磁盘存储技术】
磁盘存储器于1957年研制成功，因为它容量大，速度较快，已经逐步取代磁带机和磁鼓，成为计算机主要的外存设备。硬盘存储器容量大、存取速度快、误码率低。近些年来，硬盘的容量、记录密度、存取速度和数据传输率都有很大的提高，在10年内面密度提高了20倍，而且这种上升趋势并未减弱。硬磁盘的规格品种从35．56cm(系按实物标称尺寸，下同)的单一尺寸发展到26．67、22．86、20．32、13．34、8．89、6．35、4．57cm等多种尺寸。8．89cm以下的盘称为微型磁盘，其适用范围也从通用计算机扩大至小型计算机、办公计算机、商务计算机、家庭计算机等。硬盘性能的提高，主要表现在位密度、道密度的提高和存取时间的缩短3项指标上。表1～3分别列出目前13．34cm、6．35cm及大中型硬磁盘已经达到的技术性能。 表1 13．34cm硬磁盘驱动器的主要技术性能指标 
表2 6．35cm硬磁盘驱动器主要技术性能指标 
表3 大中型硬磁盘驱动器的主要技术性能指标 
硬磁盘存储技术的发展趋势；1．大容量化、高密度化。扩大磁盘机每芯轴容量的一般途径是增加盘片数，提高磁道密度和位密度，但是增加盘片数是不容易的，进一步提高磁道密度的难度也较大，因此，提高位密度是扩大容量的基本途径。实现高密度化的另一条途径是把铝制基片改为表面平滑的玻璃基片，使磁头浮动高度由原来的0．2μm降低到0．1μm，从而使位密度达到57000bpi，面密度达到15．5Mb／cm22．铁氧体磁头逐步转向薄膜磁头、MIG磁头和磁阻磁头。由于记录密度提高，要求磁头工作间隙减小。传统体型磁头的间隙是用手工粘结而成的，难以适应小于1μm间隙的要求，为此必须采用薄膜磁头或MIG磁头、磁阻磁头。在微小型硬磁盘机中，由于薄膜磁头价格高，磁盘机圆周速度低，要求磁头的线圈匝数多，技术难度大，它的使用受到限制。MIG磁头和磁阻磁头在此领域有着更为广阔的应用前景。3．降低磁头浮动高度。提高记录密度的最有效方法之一是降低磁头浮动高度(亦称飞行高度)。目前，浮动高度的实际目标是低于0．1μm。但是浮动高度的进一步下降会产生磁头碰撞问题，这就对磁盘表面的超精密加工和介质层表面的润滑提出更为严格的要求，对介质而言，主要是提高保护层和磁层的耐磨寿命，以及润滑剂的性能。保护层现可采用的有Si3N4、C、Si、ZnO2、SiO2以及等离子聚合物等，它们的使用寿命可达到105～107次。使用玻璃基片，可使磁头更加紧贴磁介质，从而在微小型磁盘上实现更大的记录容量。4．盘径逐渐减小。人们越来越多地把容量的增大和磁盘驱动器尺寸的缩小这两个要求会聚到一起。回顾历史，从35．56cm盘到推出13．34cm盘历经10h，接着在1984年宣布推出8．89cm盘，1987年推出6．35cm盘，1990年出现4．57cm盘，这种盘已经可用于掌心式计算机。据估计，两年后将出现2．54cm盘。近年来，8．89cm硬盘的容量已经覆盖了13．34cm硬盘，所以300MB以下容量的硬盘市场已经由13．34cm向8．89cm转移，特别是100MB以下的产品转移更快。与此同时，4．57cm盘的出现引人注目，这种盘的功耗为0．3～0．5W。盘尺寸的缩小和容量的上升是同步的。目前6．35cm盘的容量已经达到两年前8．89cm盘的水平，估计4．57cm盘在两年后的容量将达到6．35cm盘的水平。但是4．57cm盘还没有批量生产，当前主要工作还在于提高6．35cm盘的容量。5．从涂布介质转向薄膜介质。涂布介质的涂布工艺比较简单，价格便宜，可是薄膜厚度已低于0．5μm，要进一步减小比较困难。高记录密度介质的分辩力必须小，必须提高Hc并降低介质厚度。用真空溅射法或电镀法沉积的连续薄膜介质的He可高到72～120KA／m，介质厚度可小于0．1μm。近年来，溅射r-Fe2O3薄膜在大型磁盘方面已应用，电镀和溅射Co-Ni合金薄膜在小直径磁盘方面也已采用。6．缩短平均存取时间，提高数据传输率。除提高密度、扩大容量之外，磁盘机的另一个发展趋势是高速化，表现为平均存取时间的缩短和数据传输率的提高。7．垂直磁记录技术的进展。日本东北大学教授岩崎率先提出垂直磁记录技术。这一技术已经取得了很大的进展，在软磁盘机中的应用已有突破。东芝公司研制成功的8．89cm垂直磁记录软盘已经商品化。该软磁盘机采用Ba铁氧体涂布型颗粒介质和环形磁头，容量为4MB，位密度和道密度分别达到35000bpi和135tpi。如果将它用于硬磁盘，还存在两大问题，一是要把磁头浮动高度降低到0．1μm以下；二是无论磁带、软盘还是硬盘，目前Co-Cr磁性薄膜的机械寿命都不高。这些问题如果解决，就很可能使它实用化。计算机专家们设想，到2000年PC机将具有每秒100M指令的处理速度和1GB的半导体随机存取记忆容量。在这样的系统中工作，数字存储器需要提供大于10GB即104MB的容量和100MB／s的数字速率。用8个8．89cm盘装在1个芯轴上的磁盘驱动器是一种可能的配置，但是要达到100MB／s的数字速率和存取时间还有待于技术上的突破。如果没有这些突破和进步，磁盘在和磁光盘的竞争中将失去一部分优势。所以摆在研究工作者面前的任务仍是艰巨的。(余晋岳、王昭英撰) |