[发明专利]一种多磁头并排的接触式读写硬盘

说明书

本发明提出了一种多磁头硬盘的解决方案，改变现有Winchester硬盘结构，大幅提升其读写速度。具体为在盘片的径向和环向布置多个接触式读写磁头，即在读写磁头表面附着一层石墨烯或其他超滑材料，每个磁头臂上有多个分支，且每个分支上有多个磁头，对每个磁头臂采取压电驱动方式进行驱动。对于硬盘顺序读写，读写速度与总体磁头数目大致成正比。对于硬盘随机读写，径向布置的磁头可降低寻道时间，环向布置的磁头可降低旋转延迟，因而可提升硬盘的随机读写速度，进而提高内部数据的传输速度。

技术领域

本发明属于存储设备领域，尤其涉及一种多磁头并排的接触式读写硬盘。

背景技术

现如今，无论在读写速度还是存储密度上，硬盘的发展都面临瓶颈。固态硬盘发展迅速，其读写速度明显高于机械硬盘，但其单位存储成本过高，安全性不足，数据损坏后基本无法修补，使用寿命短等致命缺陷，使其发展受到很大限制。

现有主流机械硬盘，内部数据传输速度一般20MB/s-40MB/s之间，最高的也只有50MB/s左右。想要提高硬盘内部传输速度，就必须提高机械装置的效率。对于顺序读写，硬盘的读写速度应该是与磁头的数目成正比的。然而，对于随机读写，机械硬盘存在访问时间的问题。因此，对于整体读写速度的提升，并不与磁头数目成正比。

硬盘的访问时间是指接到读写命令到硬盘磁头正式开始读或写之间的时间，是一个准备的过程。其主要包括以下四个部分：

(1)寻道时间，即硬盘接到读写命令后，利用音圈电机带动悬臂，将磁头从当前磁道移动到目标磁道的时间。现在，大型服务器里所用专业的高配硬盘寻道时间为4ms左右，而普通的硬盘寻道时间平均约为12ms。

(2)旋转延迟时间，经过寻道时间，磁头到达目标磁道后，还尚未到达目标扇区。这时，需要硬盘转动以将目标扇区送到磁头下。这里的平均时间一般算作硬盘转动半圈所需的时间。对于7200RPM的硬盘，其转动一圈的时间为8ms。因此，平均旋转延迟为4ms。

(3)命令处理时间，这个时间为硬盘内部电路传送指令，协调读和写的时间，这个时间很短，约为3us。

(4)稳定时间。在将磁头移动到目标磁道的过程中，有一定的惯性，会出现overhead。需要做出调整，才能将磁头准确到降落到目标磁道上。这个时间0.1ms。

访问时间最大的两块是寻道时间和旋转延迟。他们所耗费的时间和硬盘旋转一圈(连续读取一条磁道的数据)所需的时间是相当的。在硬盘的实际使用过程中，硬盘是时时都需要调整轨道的，访问时间对于硬盘整体的读写速度而言占了非常重要的一块，甚至可以说是硬盘性能体现的最重要的一个参数。

事实上，关于多磁头技术，国际上已经有了一些专利的申请。有专利采取了双音圈电机，由两个音圈电机来分别独立控制两个磁头，进而进行独立读写，提高硬盘的读写速度。除了在同一个盘片上布置多个磁头外，现在数据库还采用一种多个硬盘同时读写的方式。对于同一个数据流，采用多个硬盘同时读或写，其实也就相当于多磁头同时读和写，只不过这里的多磁头是分布在多个硬盘里而已。当然，这种方法不适用于个人计算机的需求。

还有一种多读写头同时工作的情况，随着存储密度的提高，磁道越来越窄，其尺寸甚至小于读写头的尺寸，相邻磁道会造成信息干扰。TDMR技术采用两个读写头(而非磁头)。磁头工作时，这两个读写头分布在相邻磁道上同时读写，一前一后一左一右的分布，采取信息处理后，可消除来自相邻磁道的信息干扰。

自1973年IBM发明Winchester硬盘以来，硬盘的核心机械结构基本没有发生大的变化，我们无法大幅度降低硬盘的访问时间，这是目前硬盘内部传输性能不佳的主要问题。而只是采用多磁头来提升硬盘的读写速度，效果也是不明显的。

发明内容