▲圖1 電流通過時(shí)，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)

電磁現(xiàn)象是1819年由漢斯•克里斯琴•奧斯特發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)他發(fā)現(xiàn)指南針在靠近通電的電線時(shí)無法準(zhǔn)確指示方向。而電流停止后，指南針恢復(fù)正常。

電線導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)其范圍內(nèi)的磁性物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生影響，當(dāng)電流方向或電壓極性變換時(shí)，磁極也隨之變換。

法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)電磁效應(yīng)。他發(fā)現(xiàn)如果導(dǎo)體通過移動(dòng)的磁場(chǎng)，會(huì)產(chǎn)生電流。電流方向隨磁極方向而改變(見圖2)。

例如，將交流發(fā)電機(jī)應(yīng)用于磁存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)，這種雙向的電磁作用便能在磁盤上記錄和讀取數(shù)據(jù)。記錄的時(shí)候，磁頭將電脈沖變?yōu)榇艌?chǎng);而讀取的時(shí)候又將磁場(chǎng)轉(zhuǎn)為電脈沖。

▲圖2 電流通過磁場(chǎng)時(shí)被導(dǎo)入導(dǎo)線

磁存儲(chǔ)設(shè)備中的讀寫磁頭是U型導(dǎo)體。U型磁頭被線圈包裹，從而讓電流通過(見圖3)。當(dāng)電流通過線圈時(shí)，會(huì)在驅(qū)動(dòng)磁頭中產(chǎn)生磁場(chǎng)。調(diào)換電流極性也會(huì)改變磁極。實(shí)際上，磁頭的電壓可在兩級(jí)快速改變。

▲圖3 讀寫磁頭

組成存儲(chǔ)介質(zhì)的磁盤或磁帶形成了一些介質(zhì)形式，在此之上，存放了一層磁化物質(zhì)。該物質(zhì)通常是一些帶雜質(zhì)的氧化鐵。存儲(chǔ)介質(zhì)上的每個(gè)磁性粒子都有自己 的磁場(chǎng)。介質(zhì)為空時(shí)，這些磁場(chǎng)的磁極通常是雜亂的。由于每個(gè)粒子的磁場(chǎng)指示方向都隨機(jī)，所以出現(xiàn)了相互抵消的情況，從而出現(xiàn)了無明顯磁極的現(xiàn)象。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)的讀寫磁頭產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)在U型磁鐵的兩級(jí)之間跳動(dòng)。因?yàn)榇艌?chǎng)通過導(dǎo)體比通過空氣要容易，所以磁場(chǎng)會(huì)向外彎曲，然后利用臨近的存儲(chǔ)介質(zhì)作 為最短途徑到達(dá)另一端。磁場(chǎng)直接穿過介質(zhì)將磁性粒子極化，使其與磁場(chǎng)保持一致。磁極的方向由通過線圈的電流方向決定。在磁存儲(chǔ)設(shè)備的開發(fā)過程中，讀寫磁頭 和介質(zhì)之間的距離顯著減少。這樣被記錄磁疇也會(huì)變小。而被記錄磁疇越小，數(shù)據(jù)保存的密度就越大。

磁場(chǎng)穿過介質(zhì)的時(shí)候，磁頭下部區(qū)域的粒子的方向都相同。當(dāng)粒子磁疇統(tǒng)一時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生相互抵消，于是會(huì)形成明顯的磁場(chǎng)。由許多磁性粒子生成的這個(gè)本地磁場(chǎng)現(xiàn)在就會(huì)整齊劃一地產(chǎn)生一個(gè)可探測(cè)累積磁場(chǎng)。磁頭中顛倒的磁通量會(huì)導(dǎo)致磁碟上磁化粒子磁極的顛倒。

通量逆轉(zhuǎn)是存儲(chǔ)介質(zhì)表面磁性粒子的磁極發(fā)生了改變。一個(gè)驅(qū)動(dòng)磁頭在介質(zhì)上創(chuàng)建顛倒的磁通量是為了記錄數(shù)據(jù)。驅(qū)動(dòng)寫入任何一個(gè)字節(jié)，它都會(huì)在介質(zhì)上創(chuàng)造正 -負(fù)和負(fù)-正的顛倒磁通量。在轉(zhuǎn)換區(qū)域里的通量逆轉(zhuǎn)被用來保存給定數(shù)據(jù)，這種方法被稱之為編碼。根據(jù)所使用的編碼方式，驅(qū)動(dòng)邏輯或控制器保存好數(shù)據(jù)后將其編碼成一系列的通量逆轉(zhuǎn)。

在寫入過程中，磁頭被加入電壓。由于電壓極性改變，磁場(chǎng)電極也隨之改變。磁通變換區(qū)在極性改變的地方被準(zhǔn)確寫下來。在讀取過程中，磁頭生成的信號(hào)與 寫入時(shí)的有出入。相反，磁頭只在通過通量逆轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生了電壓脈沖或尖峰電壓。當(dāng)正極變?yōu)樨?fù)極，磁頭探測(cè)到的麥種就是負(fù)極。當(dāng)負(fù)極變成正極時(shí)，脈沖就是正極尖 峰電壓。這種效應(yīng)之所以發(fā)生是因?yàn)閷?dǎo)體只在以某種角度通過磁力線時(shí)才生成電流。由于磁頭與磁場(chǎng)平行移動(dòng)，所以磁頭產(chǎn)生電壓的唯一機(jī)會(huì)就是當(dāng)它通過磁極或磁 通變換區(qū)進(jìn)行讀取的時(shí)候。

其實(shí)，從介質(zhì)讀取信息時(shí)，磁頭就成磁通變換區(qū)的探測(cè)器，可以在通過變換區(qū)時(shí)產(chǎn)生電壓脈沖。沒有發(fā)生轉(zhuǎn)變的區(qū)域則不會(huì)出現(xiàn)脈沖。圖四展示了讀取波形圖和存儲(chǔ)介質(zhì)上記錄的磁通變換區(qū)之間的關(guān)系。

▲圖4：磁讀寫過程

你可以把寫入模式看作是正負(fù)極電壓的方波形。當(dāng)電壓為正極時(shí)，磁頭會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這樣就把磁性介質(zhì)導(dǎo)往同一個(gè)方向。波形改為負(fù)極時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)把介質(zhì)導(dǎo)向 另一個(gè)方。波形從正極轉(zhuǎn)到負(fù)極時(shí)，磁碟上的磁通量也會(huì)改變方向，反之亦然。讀取過程中，磁頭會(huì)感知磁通變換區(qū)，并生成正負(fù)極脈沖波。而不是持續(xù)的波形。換 言之，除非電壓為零，否則磁頭就可以探測(cè)到磁通量的變換，而且還生成了相應(yīng)的正負(fù)脈沖。脈沖只在磁頭通過介質(zhì)上的磁通變換區(qū)時(shí)才出現(xiàn)。如果了解驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)一圈 使用的時(shí)間，控制器電路就能確定脈沖是否在限定轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)衰減。

磁頭以讀取模式經(jīng)過存儲(chǔ)介質(zhì)時(shí)會(huì)生成脈沖電流，且可能產(chǎn)生大量噪音。驅(qū)動(dòng)中的敏感電流和控制器集會(huì)放大信號(hào)并對(duì)微弱脈沖解碼成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，也就是最先被錄入的數(shù)據(jù)。

硬盤驅(qū)動(dòng)和其他存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的讀寫其實(shí)采用的是基本的電磁法則。電流通過磁體(磁頭)時(shí)，磁體生成可以生成可以保存在介質(zhì)中的磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)寫入數(shù)據(jù)。磁頭再通過介質(zhì)表面式則驅(qū)動(dòng)讀取數(shù)據(jù)。由于磁頭在保存的磁場(chǎng)中會(huì)出現(xiàn)更改，所以它會(huì)產(chǎn)生微弱電流指示信號(hào)中是否出現(xiàn)磁通變換區(qū)。

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