▲圖1 電流通過時，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場

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

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

法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)了另一個電磁效應(yīng)。他發(fā)現(xiàn)如果導(dǎo)體通過移動的磁場，會產(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)電機應(yīng)用于磁存儲設(shè)備時，這種雙向的電磁作用便能在磁盤上記錄和讀取數(shù)據(jù)。記錄的時候，磁頭將電脈沖變?yōu)榇艌?而讀取的時候又將磁場轉(zhuǎn)為電脈沖。

▲圖2 電流通過磁場時被導(dǎo)入導(dǎo)線

磁存儲設(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，會在驅(qū)動磁頭中產(chǎn)生磁場。調(diào)換電流極性也會改變磁極。實際上，磁頭的電壓可在兩級快速改變。

▲圖3 讀寫磁頭

組成存儲介質(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。存儲介質(zhì)上的每個磁性粒子都有自己 的磁場。介質(zhì)為空時，這些磁場的磁極通常是雜亂的。由于每個粒子的磁場指示方向都隨機，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)動的讀寫磁頭產(chǎn)生磁場時，磁場會在U型磁鐵的兩級之間跳動。因為磁場通過導(dǎo)體比通過空氣要容易，所以磁場會向外彎曲，然后利用臨近的存儲介質(zhì)作 為最短途徑到達另一端。磁場直接穿過介質(zhì)將磁性粒子極化，使其與磁場保持一致。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變小。而被記錄磁疇越小，數(shù)據(jù)保存的密度就越大。

磁場穿過介質(zhì)的時候，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，就不會產(chǎn)生相互抵消，于是會形成明顯的磁場。由許多磁性粒子生成的這個本地磁場現(xiàn)在就會整齊劃一地產(chǎn)生一個可探測累積磁場。磁頭中顛倒的磁通量會導(dǎo)致磁碟上磁化粒子磁極的顛倒。

通量逆轉(zhuǎn)是存儲介質(zhì)表面磁性粒子的磁極發(fā)生了改變。一個驅(qū)動磁頭在介質(zhì)上創(chuàng)建顛倒的磁通量是為了記錄數(shù)據(jù)。驅(qū)動寫入任何一個字節(jié)，它都會在介質(zhì)上創(chuàng)造正 -負和負-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，磁場電極也隨之改變。磁通變換區(qū)在極性改變的地方被準確寫下來。在讀取過程中，磁頭生成的信號與 寫入時的有出入。相反，磁頭只在通過通量逆轉(zhuǎn)時產(chǎn)生了電壓脈沖或尖峰電壓。當(dāng)正極變?yōu)樨摌O，磁頭探測到的麥種就是負極。當(dāng)負極變成正極時，脈沖就是正極尖 峰電壓。這種效應(yīng)之所以發(fā)生是因為導(dǎo)體只在以某種角度通過磁力線時才生成電流。由于磁頭與磁場平行移動，所以磁頭產(chǎn)生電壓的唯一機會就是當(dāng)它通過磁極或磁 通變換區(qū)進行讀取的時候。

其實，從介質(zhì)讀取信息時，磁頭就成磁通變換區(qū)的探測器，可以在通過變換區(qū)時產(chǎn)生電壓脈沖。沒有發(fā)生轉(zhuǎn)變的區(qū)域則不會出現(xiàn)脈沖。圖四展示了讀取波形圖和存儲介質(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極電壓的方波形。當(dāng)電壓為正極時，磁頭會產(chǎn)生磁場，這樣就把磁性介質(zhì)導(dǎo)往同一個方向。波形改為負極時，磁場會把介質(zhì)導(dǎo)向 另一個方。波形從正極轉(zhuǎn)到負極時，磁碟上的磁通量也會改變方向，反之亦然。讀取過程中，磁頭會感知磁通變換區(qū)，并生成正負極脈沖波。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到磁通量的變換，而且還生成了相應(yīng)的正負脈沖。脈沖只在磁頭通過介質(zhì)上的磁通變換區(qū)時才出現(xiàn)。如果了解驅(qū)動轉(zhuǎn)一圈 使用的時間，控制器電路就能確定脈沖是否在限定轉(zhuǎn)換時間內(nèi)衰減。

磁頭以讀取模式經(jīng)過存儲介質(zhì)時會生成脈沖電流，且可能產(chǎn)生大量噪音。驅(qū)動中的敏感電流和控制器集會放大信號并對微弱脈沖解碼成二進制數(shù)據(jù)，也就是最先被錄入的數(shù)據(jù)。

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

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