硬盘磁头

技术

　　硬盘技术的更新换代，其中一个非常重要的技术就是磁头技术，现在的硬盘单碟容量一般都在40GB以上，的单碟容量已经达到了80GB或更高，以后硬盘的单碟容量还将继续增大，对于单碟容量，它直接联系的技术就是磁头技术，磁头技术越先进，硬盘的单碟容量就可以做得更高。最早的磁头是采用铁磁性物质，它在不论磁头的感应敏感程度或精密度上都不理想，因此早期的硬盘单碟容量均非常低，单碟低了，硬盘的总容量就受到非常大的限制，因为在一块硬盘内封装的盘片数是非常有限的。同时早期使用的磁头在体积上也小，它使得早期的硬盘体积上相对而言比较庞大，这给用户的使用带来了非常的不便。

　　80年代末期，IBM研发了MR(Magneto－Resistive Head)磁阻磁头技术，磁阻磁头是基于磁致电阻效应工作的，核心是一片金属材料，其电阻随磁场的变化而变化。磁阻元件连着一个十分敏感的放大器，可以测出微小的电阻变化。之后IBM公司又开发了 GMR（GaintMagneto Resistive，巨磁阻）磁头技术，它是在MR技术的基础上研发成功的新一代磁头技术，现在生产的硬盘全都应用了GMR磁头技术。GMR巨磁阻磁头与MR磁头一样，是利用特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据，但是GMR磁头使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，比MR磁头更为敏感，相同的磁场变化能引起更大的电阻值变化，实现更高的存储密度，MR磁头能够达到的盘片密度为每平方英寸3Gb－5Gb（千兆位每平方英寸），而GMR磁头每平方英寸可以达到10Gb－40Gb以上。GMR比MR具有更高的信号变化灵敏度，从而使硬盘的单碟容量可以做得更高，的磁头技术为第四代GMR磁头技术（如图1）。

　　图1—GMR与MR磁头对比

　　了解台机硬盘的朋友都知道，硬盘磁头里有一个Park，硬盘不工作的时候磁头就会停在Park 这里“休息”，但由于笔记本硬盘密度太小，就连转轴中心附近也写进了数据，所以它就要在盘片的附近安装一个装置，用来防置磁头。知道这些我们就可以解释为什么笔记本硬盘在读盘的时候会产生”咯嗒、咯嗒“的声音，其实是它在”靠岸“。但这种设计也带来了一些好处，在硬盘不工作的时候，由于磁头远离盘片，所以磁头就不会出现由于震动而划伤盘片的现象（如图2）。

　　图2—磁头复位

相关

　　一、薄膜感应（TFI）磁头

　　在1990年至1995年间，硬盘采用TFI读/写技术。TFI磁头实际上是绕线的磁芯。盘片在绕线的磁芯下通过时会在磁头上产生感应电压。TFI读磁头之所以会达到它的能力极限，是因为在提高磁灵敏度的同时，它的写能力却减弱了。

　　二、各向异性磁阻（AMR）磁头

　　AMR（Anisotropic Magneto Resistive）90年代中期，希捷公司推出了使用AMR磁头的硬盘。AMR磁头使用TFI磁头来完成写操作，但用薄条的磁性材料来作为读元件。在有磁场存在的情况下，薄条的电阻会随磁场而变化，进而产生很强的信号。硬盘译解由于磁场极性变化而引起的薄条电阻变化，提高了读取灵敏度。AMR磁头进一步提高了面密度，而且减少了元器件数量。由于AMR薄膜的电阻变化量有一定的限度，AMR技术可以支持3.3GB/平方英寸的记录密度，所以AMR磁头的灵敏度也存在极限。这导致了GMR磁头的研发。

　　三、GMR（Giant Magneto Resistive，巨磁阻）

　　GMR磁头继承了TFI磁头和AMR磁头中采用的读/写技术。但它的读磁头对于磁盘上的磁性变化表现出更高的灵敏度。GMR磁头是由4层导电材料和磁性材料薄膜构成的：一个传感层、一个非导电中介层、一个磁性的栓层和一个交换层。GMR传感器的灵敏度比AMR磁头大3倍，所以能够提高盘片的密度和性能。

　　硬盘的磁头数取决于硬盘中的碟片数，盘片正反两面都存储着数据，所以一个盘片对应两个磁头才能正常工作。比如总容量80GB的硬盘，采用单碟容量80GB的盘片，那只有一张盘片，该盘片正反面都有数据，则对应两个磁头；而同样总容量120GB的硬盘，采用二张盘片，则只有三个磁头，其中一张盘片的一面没有磁头。

维修

　　一、硬盘磁头故障维修方法

　　（1） 用万用表检测硬盘磁头的5V供电电压是否正常。

　　（2） 测量磁头供电电路上的各主要元器件及供电芯片是否正常。

　　（3） 检查磁头组件底部的音圈电机装置的磁铁是否与底部的磁铁固定好，音圈电机是否有松动或接触不良等现象，并注意音圈电机下的固定螺丝。

　　（4） 检查磁头组件读写芯片的信号数据线是否损坏，检测其供电管理模块的供电电压是否正常。

　　（5） 检查硬盘磁头供电线路元器件、芯片及其他部件，测量硬盘供电线路中的二极管和场效应管等其他部件有无损坏，若已损坏则更换损坏的元器件。

　　二、维修硬盘磁头的注意事项

　　（1） 注意维修工具的使用

　　在使用硬盘维修工具时，要特别注意工具的正确使用方法，不要对硬盘本身造成人为的损伤。

　　（2） 不要频繁通电测试

　　在硬盘磁头故障没有准确修复完成以前，不要经常通电进行测试，以免对硬盘的磁头或盘片造成损伤。

注意

　　硬盘磁头频繁移动降低硬盘性能。

　　由于BT软件点对点访问的先天特点，因此造成用户在下载时，BT软件会频繁读取硬盘上的不同数据区域，从而造成硬盘磁头频繁移动读写。而硬盘是目前整台计算机中速度最慢的一个重要部件，它本身就是系统的瓶颈，因此磁头频繁移动，会进一步降低硬盘的性能发挥。

故障鉴别

　　事实上，要鉴别磁头故障是非常复杂的。即使打开硬盘的盘体也无法从外观上看出磁头发生了损坏——这时工程师需要依赖经验和软件工具来作出判断。例如，PC3000可以通过检测硬盘固件区的表面状况来诊断出IBM、Western Digital, 某些Seagate硬盘的磁头故障。

　　老硬盘由于较高的可靠性（这里我们指20－512MB的硬盘），所以不会突然损坏；但它们的磁头也会发生故障。在图3为一个容量为406MB的Quantum硬盘，它的磁头翘了起来。翘起来的磁头对于硬盘是非常危险的，它会严重的划伤磁盘表面。磁头除了会翘起来以外，也会发生断裂的现象——在IBM硬盘中这是非常典型的故障。虽然这种故障发生的概率不是很大，但是一旦发生，磁盘表面就会被完全的划伤。

　　图 3 — 容量为406 MB的Quantum硬盘中翘起的磁头

　　磁头的读写部件也会发生故障——这种情况外观一般没有明显的表现——可以使用欧姆表来检测线圈的电阻。

　　如果磁头的前置放大器损坏的话，硬盘也会发生敲击的现象。这种故障的检测方法不是那么简单。例如，对于Seagate硬盘需要使用一个特别的适配器连接到硬盘的COM口（适配器的电路图如下所示）：

　　然后运行COM终端程序——如超级终端。当硬盘加电后，在终端窗口中可以看到如下的信息：

　　Interface task reset ....<略>....

　　Head Mask 0000 Head Mask 0001 Head Mask 0002 Head Mask 0003

　　硬盘会测试从0到F之间的所有磁头；然后会进入level F，或者停转。而对于 Quantum所有系列的硬盘（包括的系列 — Maxtor D540X 和 D740X）可以通过声音来诊断：硬盘启动后，会发出两下敲击声，然后硬盘电机逐渐提高转速，然后又发出4下敲击声，硬盘进入稳定的旋转状态。对于Western Digital硬盘，前置放大器的故障也可以通过声音来诊断：发出两下敲击声后主轴会停转。 Maxtor硬盘前置放大器损坏后的特点是敲击会持续超过30秒钟。Samsung硬盘前置放大器损坏后，也是会发出两下敲击声后主轴停转；不过当固件区的关键模块损坏后，Samsung硬盘也会表现出同样的现象。