Projet Disque Dur

Tete de lecture/ecriture
I - L’écriture.
Lorsque l’on souhaite écrire sur les plateaux du disque dur la tête d’écriture se
positionne au dessus de cellules libres sur les plateaux et crée un champ magnétique en
alimentant la bobine à l’entrefer de l’électro-aimant de la tête. Son orientation dépend du sens
du courant, il traverse la couche magnétique qui prend alors une aimantation parallèle au
champ magnétique. Il y a de ce fait deux orientations possibles pour l’aimantation de la
cellule ce qui est adapté au codage binaire.
La tête de lecture est sensible aux variations de flux magnétiques, donc aux transitions ou
changements de sens d’aimantation. Mais il existe différentes techniques d’enregistrements
utilisés pour le codage des disques :
-RZ (Return to Zero) : On revient à zéro entre chaque bit. On sépare les cellules
magnétisées par une zone non aimantée. La valeur 1 correspond à une impulsion positive et la
valeur 0 à une impulsion négative au niveau de la bobine. L'enregistrement est auto
synchronisé : il n'y a pas besoin de base de temps externe pour compter les bits. Par contre ce
codage n'est pas favorable à la densité.

-NRZ (Non Return to Zero) : On supprime les zones non aimantées. Il n'y a une
transition, donc une impulsion, uniquement lorsque les informations passent de 0 à 1 et de 1 à
0. On peut ainsi augmenter la densité. Cependant, comme une séquence de bits identiques
engendre une impulsion seulement au début, il faut une base de temps pour compter les bits.
-NRZI (NRZ Inverted) : Le sens de l'aimantation ne porte plus directement
l'information. Seuls les bits à 1 provoquent une inversion de magnétisation. Il est nécessaire
d'avoir une base de temps.
-PE (Phase Encoding) : Chaque cellule est divisée en deux parties magnétisées en sens
opposé. Il y a donc une transition au milieu de chaque cellule, même dans une séquence de
bits identiques. Le sens de cette transition indique la valeur binaire de l'information. Ce
codage est auto synchronisateur. Il est facile de conserver la base de temps, repérant les
milieux des cellules, en phase avec la vitesse de défilement. Cette technique est cependant
limitée par la fréquence des transitions.
-GCR (Group Code Recording) : Pour atteindre des densités supérieures, on reprend le
principe du NRZI en supprimant les séquences de zéros pour faciliter la synchronisation de la
base de temps. Pour cela on utilise 5 bits pour coder des groupes de 4 bits selon la table 1.
Chaque groupe de 4 bits est codé avant d'être enregistré, en utilisant la méthode NRZI, et
décodé à la lecture. Avec ce code il est impossible de trouver plus de deux zéros consécutifs.
Dans ces conditions il plus facile de recadrer en permanence la base de temps sur la fréquence
de défilement des informations.

Les têtes commencent à inscrire des données à la périphérie du disque puis avancent
vers le centre. Les données sont alors organisées en cercles concentriques appelés « pistes »,
crées par le formatage de bas niveau. Les pistes sont séparées en secteurs contenant les
données (512 octets minimum par secteur en général). On appelle cylindre l’ensemble des
données situé sur une même piste sur des plateaux différents.
II - Lecture.
De nos jours les têtes font lecture et écriture. La lecture des données stockées sur les
plateaux est similaires à l’écriture sauf que cette fois on n’alimente pas la bobine. Lorsque
l’entrefer passe devant une cellule aimanté, cette dernière modifie par induction le flux
magnétique de la bobine, ce qui crée un courant. Le sens de ce courant dépend de
l’aimantation et donc de l’information binaire stockée dans la cellule.
1- Les différents types de têtes

 TF : Thin-Film, ce modèle était le plus utilisé jusqu’en 1997. Le principe consiste
à détecter le courant induit généré par une bobine soumis à un champ
électromagnétique.
 MR : Magneto-Resistive, ce modèle utilise deux têtes. En effet, la lecture utilise
une tête MR, l’écriture se fait toujours à l’aide d’une tête TF. La tête de lecture
contient un capteur à base de NiFe dont la résistance change d’état en fonction du
champ magnétique provenant des plateaux du disque dur. Un capteur lit cette
variation et la transmet. Ce procédé permet d’avoir des têtes plus sensibles et plus
fines et donc une densité plus importante.
 GMR : Giant-Magneto-Resistive, évolution du modèle précédent. Dans ce cas, on
a deux films NiFe séparés par une couche conductrice très fine. On utilise le fait
qu’un électron puisse avoir d’un point de vue quantique, 2 spins. Lorsque le spin
est parallèle à l’orientation de champ magnétique du disque dur, une faible
résistance électrique est produite, par contre quand le spin est de direction opposé,
une forte résistance électrique est généré. L’objectif est d’augmenter la sensibilité
des têtes afin d’augmenter la densité de la particule ferromagnétique d’un support.
Il existe deux modes, le Current-in-Planed’IBM et le Current-Perpendicular-to-
Plane de Fujitsu.
Il existe une amélioratoin de la technologie GMR, l'AFC : Anti-Ferromagnetically
Coupled. Il s’agit en fait d’un nouveau support magnétique appelé Pixie dust
(poussière de fée). C’est un revêtement de trois atomes d’épaisseur de ruthénium
pris entre deux couches magnétiques. Cette nouvelle technologie permet déjà de
stocker jusqu’à 25,7 Gbits/pouces² et permettra normalement d’aller jusqu’à 400
Gbits/pouces²
2- Les têtes GMR
Ici image gmr_head.jpg
Les têtes GMR sont composées de quatre épaisseurs de matériaux rassemblés dans une seule
structure :
- Free layer : composée d’un alliage d'irridium et de nickel, elle passe au-dessus des
plateaux pour lire les bits de donnés. Elle tourne librement suivant le champ
magnétique du disque.
- Spacer : Cette couche n’est pas magnétique, elle généralement faite de cuivre. Elle est
placée entre le free layer et le pinned layer pour les séparer de manière magnétique.

- Pinned layer : Cette couche faite de cobalt est retenu dans une orientation magnétique
fixe grâce à sa proximité avec l’exchange layer.
- Exchange layer : Cette couche est faite de matériaux anti-ferromagnétique,
généralement de l'irridium et du manganèse. Elle fixe l’orientation magnétique du
pinned layer.
Fonctionnement
Quand la tête passe au-dessus d’un champ magnétique de polarité « 0 », les électrons du free-
layer qui s’alignent avec ceux du pinned-layer, cela créé une faible résistance dans toute la
tête. Quand la tête passe au-dessus d’un champ magnétique de polarité opposée « 1 », les
électrons du free layer se mettent en mouvement et ne sont donc plus alignés avec ceux du
pinned layer. Cela entraîne de toute la structure. Cette résistance est causée par les
caractéristiques du spin des électrons du free layer. C’est pour cette raison que IBM a nommé
cette structure « spin valves ».
Ici schéma head_mvt.jpg
Le schéma ci-dessus représente les opérations d’une tête GMR, en lien avec les quatre
épaisseurs. Tandis que la tête passe au-dessus d’un bit, l’électrons du free-layer commence à
changer de polarité, augmentant alors la résistance de la structure.
Les têtes GMR possède des caractéristiques plus intéressantes que les MR car elles ont plus
sensible. Les têtes GMR peuvent ainsi détecter des signaux plus faibles ce qui permet
d’augmenter la densité et donc la capacité du disque dur. Leur sensibilité les rend mois sujette
aux interférences, elles peuvent donc être plus petite et légère que les têtes MR. Les têtes
GMR permettent des densités de 10 à 15 Gbits/inch², IBM a même déjà réalisé en laboratoire
des têtes GMR capable de 35 Gbits/inch².
Source: - http://www.pcguide.com/ref/hdd/op/heads/techGMR-c.html