Festplatten-Technologie

16.08.1996
Der sprichwörtliche Hase der induktiven Köpfe in Dünnfilm-Technik liegt im eigenen Pfeffer: Um bei einer hohen linearen Geschwindigkeit (der effektiven Geschwindigkeit, mit der sich die Medien-Oberfläche unter dem Kopf bewegt) exakt und mit kleiner Fläche schreiben zu können, darf der Schreib-Lese-Kopf nur wenige Windungen haben. Das ist wünschenswert, um möglichst viele Daten nebeneinander unterzubringen. Beim Lesevorgang sieht die Sache dann aber ganz anders aus: Je weniger Fläche magnetisiert ist, desto größer (mehr Windungen) muß der Kopf sein, damit das relativ schwache magnetische Feld ausreichend Strom in der Spule induziert. Fatalerweise stellt die Spule zu allem Überfluß auch ein Filter für hohe Frequenzen dar. Dieser Kopftyp liest aber um so besser, je höher die lineare Geschwindigkeit ist, da genaugenommen keine Null- und Eins-Magnetfelder auf der Festplatte geschrieben werden, sondern codierte Wechsel von einer Ausrichtung zur anderen. Diese codierten Wechsel treten mit einer bestimmten Frequenz auf, die von einer Spule bedämpft werden. Diese beiden Faktoren zwingen zu einem Kompromiß, der sich letztendlich als "Geschwindigkeit oder Kapazität" darstellt. Die Dünnfilm-Technik ist aber Voraussetzung für eine billige Massenproduktion der Köpfe.Aus diesem Dilemma führt kein Weg heraus - einige Ansätze besserten jedoch die Situation. Die Erhöhung der linearen Geschwindigkeit etwa.

Der sprichwörtliche Hase der induktiven Köpfe in Dünnfilm-Technik liegt im eigenen Pfeffer: Um bei einer hohen linearen Geschwindigkeit (der effektiven Geschwindigkeit, mit der sich die Medien-Oberfläche unter dem Kopf bewegt) exakt und mit kleiner Fläche schreiben zu können, darf der Schreib-Lese-Kopf nur wenige Windungen haben. Das ist wünschenswert, um möglichst viele Daten nebeneinander unterzubringen. Beim Lesevorgang sieht die Sache dann aber ganz anders aus: Je weniger Fläche magnetisiert ist, desto größer (mehr Windungen) muß der Kopf sein, damit das relativ schwache magnetische Feld ausreichend Strom in der Spule induziert. Fatalerweise stellt die Spule zu allem Überfluß auch ein Filter für hohe Frequenzen dar. Dieser Kopftyp liest aber um so besser, je höher die lineare Geschwindigkeit ist, da genaugenommen keine Null- und Eins-Magnetfelder auf der Festplatte geschrieben werden, sondern codierte Wechsel von einer Ausrichtung zur anderen. Diese codierten Wechsel treten mit einer bestimmten Frequenz auf, die von einer Spule bedämpft werden. Diese beiden Faktoren zwingen zu einem Kompromiß, der sich letztendlich als "Geschwindigkeit oder Kapazität" darstellt. Die Dünnfilm-Technik ist aber Voraussetzung für eine billige Massenproduktion der Köpfe.Aus diesem Dilemma führt kein Weg heraus - einige Ansätze besserten jedoch die Situation. Die Erhöhung der linearen Geschwindigkeit etwa.

Ein anderer Ansatz ist das PRML-Verfahren, das mit schwächeren und verrauschteren Signalen durch digitale Aufbereitung und Filterung zurechtkommt.

MR-Köpfe (Magnetoresistive Köpfe) lösen die Probleme auf einfache Weise, wenn auch der konstruktive Aufwand für die Köpfe rapide ansteigt. Im wesentlichen handelt es sich dabei um zwei Köpfe in einem. Ein herkömmlicher induktiver Kopf schreibt mit wenigen Spulenwindungen und kann relativ unabhängig vom Lesekopf für seine Aufgabe optimiert werden. Während herkömmliche Dünnfilm-Köpfe bis zu 50 Windungen aufwiesen, kommen die Pendants in MR-Köpfen mit bis zu zehn Windungen aus.

Der Lesekopf funktioniert vollkommen anders. Ein spezielles mehrschichtiges Halbleiter-Element wird nahe eines Pols des Schreibkopfes untergebracht und entfaltet dort seine wichtigste Eigenschaft: Er ändert seinen Ohm'schen Widerstand in Abhängigkeit vom umgebenden Magnetfeld. Durch begleitende konstruktive Maßnahmen kann diese Empfindlichkeit relativ eng fokussiert werden. Der erwünschte Effekt stellt sich dann auch prompt ein: Der Lesekopf liest auf einer deutlich schmäleren Spur, als der Schreibkopf geschrieben hat. Unvermeidliche Abweichungen bei der Positionierung des MR-Kopfes (die Zentren des Schreib- und Lesekopfes liegen nicht übereinander) fallen damit nicht so sehr ins Gewicht. Zudem ist der MR-Kopf nicht mehr abhängig von der linearen Geschwindigkeit. Kleine Festplatten mit niedrigen Umdrehungszahlen können damit eine weitaus höhere Performance erreichen, da die Schreibdichte trotzdem zunimmt und die Positionierungszeiten (kleinere Wege des Kopfes) geringer werden.

IBMs Format No-ID - das die ID-Sektoren eliminiert - löst im weiteren das Problem der nebeneinander liegenden Kopfzentren, da im Gegensatz zum Standardformat beim Schreiben nicht gleichzeitig die ID-Sektoren gelesen werden müssen und die Köpfe für Schreib- und Lesevorgänge jeweils optimal positioniert werden können.

Die Parallelentwicklung PRML läßt schließlich eine weitere Erhöhung der Dichte zu und potenziert das Potential.

Der Nachteil der MR-Köpfe ist neben ihrem konstruktiven Aufwand, die Eigenschaft als aktives Element - um den Ohm'schen Widerstand messen zu können, muß eine Spannung anliegen - relativ empfindlich gegen Überspannungen zu sein. Die würden etwa beim Aufsetzen des Kopfes auf die Platte (Kurzschluß) oder durch elektrostatische Entladungen entstehen. Ersteres läßt sich durch Schutzfilme und intelligente Elektronik beheben, zweiteres jedoch nur durch Sorgfalt. Wer Festplatten mit MR-Köpfen ohne Erdungsarmband in die Hand nimmt ist selber schuld.

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