大多數永久性或半永久性電腦資料都是將磁碟上的一小片金屬物質磁化來實現。然後再將這些磁性圖可被轉換成原始資料。這便是磁儲存的原理也是這篇文章的主要內容。
磁儲存的歷史
在磁儲存出現以前，初級電腦儲存介質是2023年herman hollerith發明的穿孔卡片。
磁儲存的歷史可以回溯到2023年6月，一群ibm工程師和科學家那時正開始研發新的儲存裝置。他們當時研究的正是用於電腦的第乙個磁儲存裝置，而這個裝置改變了整個行業。在2023年5月21日，ibm發布了帶ibm 701 防禦計算器的ibm 726磁帶機，這標誌著穿孔卡片計算器像電子計算機的變遷。
四年之後，一小群ibm工程師率先將第乙個電腦磁碟儲存系統引入308 ramac (隨機訪問與控制)計算機。
305 ramac驅動可以在50個磁碟上儲存5百萬字元。個人資料儲存的密度僅為2kb/平方英呎。與磁帶驅動器不同，ramac的記錄磁頭可以直接到達每個磁碟表面的位置而不需要讀取中間的資訊。隨機可訪性曾有效提高電腦效能，這使得資料的儲存和檢索的速度都遠快於原來儲存在磁帶上的速度。
在60多年的發展中，磁儲存行業已經可以在3.5英呎大小的驅動上儲存3tb資料。
磁場如何儲存資料?
所有磁儲存裝置都通過電磁學原理讀寫資料。基礎物理原理認為電流通過導體的時候，導體周圍會產生磁場(見圖1)。注意電子是從陰極流向陽極，如圖所示，儘管我們通常認為電子是從陽極流向陰極。
▲圖1 電流通過時，在導線周圍產生磁場
電磁現象是2023年由漢斯克里斯琴攠斯特發現，當時他發現指南針在靠近通電的電線時無法準確指示方向。而電流停止後，指南針恢復正常。
電線導體產生的磁場對其範圍內的磁性物質會產生影響，當電流方向或電壓極性變換時，磁極也隨之變換。
法拉第在2023年發現了另乙個電磁效應。他發現如果導體通過移動的磁場，會產生電流。電流方向隨磁極方向而改變(見圖2)。
例如，將交流發電機應用於磁儲存裝置時，這種雙向的電磁作用便能在磁碟上記錄和讀取資料。記錄的時候，磁頭將電脈衝變為磁場;而讀取的時候又將磁場轉為電脈衝。
▲圖2 電流通過磁場時被匯入導線
磁儲存裝置中的讀寫磁頭是u型導體。u型磁頭被線圈包裹，從而讓電流通過(見圖3)。當電流通過線圈時，會在驅動磁頭中產生磁場。調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
組成儲存介質的磁碟或磁帶形成了一些介質形式，在此之上，存放了一層磁化物質。該物質通常是一些帶雜質的氧化鐵。儲存介質上的每個磁性粒子都有自己的磁場。介質為空時，這些磁場的磁極通常是雜亂的。由於每個粒子的磁場指示方向都隨機，所以出現了相互抵消的情況，從而出現了無明顯磁極的現象。
當驅動的讀寫磁頭產生磁場時，磁場會在u型磁鐵的兩級之間跳動。因為磁場通過導體比通過空氣要容易，所以磁場會向外彎曲，然後利用臨近的儲存介質作為最短途徑到達另一端。磁場直接穿過介質將磁性粒子極化，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。在磁儲存裝置的開發過程中，讀寫磁頭和介質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，資料儲存的密度就越大。
磁場穿過介質的時候，磁頭下部區域的粒子的方向都相同。當粒子磁疇統一時，就不會產生相互抵消，於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在就會整齊劃一地產生乙個可探測累積磁場。磁頭中顛倒的磁通量會導致磁碟上磁化粒子磁極的顛倒。
通量逆轉是儲存介質表面磁性粒子的磁極發生了改變。乙個驅動磁頭在介質上建立顛倒的磁通量是為了記錄資料。驅動寫入任何乙個位元組，它都會在介質上創造正-負和負-正的顛倒磁通量。在轉換區域裡的通量逆轉被用來儲存給定資料，這種方法被稱之為編碼。根據所使用的編碼方式，驅動邏輯或控制器儲存好資料後將其編碼成一系列的通量逆轉。
在寫入過程中，磁頭被加入電壓。由於電壓極性改變，磁場電極也隨之改變。磁通變換區在極性改變的地方被準確寫下來。在讀取過程中，磁頭生成的訊號與寫入時的有出入。相反，磁頭只在通過通量逆轉時產生了電壓脈衝或尖峰電壓。當正極變為負極，磁頭探測到的麥種就是負極。當負極變成正極時，脈衝就是正極尖峰電壓。這種效應之所以發生是因為導體只在以某種角度通過磁力線時才生成電流。由於磁頭與磁場平行移動，所以磁頭產生電壓的唯一機會就是當它通過磁極或磁通變換區進行讀取的時候。
其實，從介質讀取資訊時，磁頭就成磁通變換區的探測器，可以在通過變換區時產生電壓脈衝。沒有發生轉變的區域則不會出現脈衝。圖四展示了讀取波形圖和儲存介質上記錄的磁通變換區之間的關係。
▲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。當電壓為正極時，磁頭會產生磁場，這樣就把磁性介質導往同乙個方向。波形改為負極時，磁場會把介質導向另乙個方。波形從正極轉到負極時，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，並生成正負極脈衝波。而不是持續的波形。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，而且還生成了相應的正負脈衝。脈衝只在磁頭通過介質上的磁通變換區時才出現。如果了解驅動轉一圈使用的時間，控制器電路就能確定脈衝是否在限定轉換時間內衰減。
磁頭以讀取模式經過儲存介質時會生成脈衝電流，且可能產生大量噪音。驅動中的敏感電流和控制器集會放大訊號並對微弱脈衝解碼成二進位制資料，也就是最先被錄入的資料。
硬碟驅動和其他儲存裝置對資料的讀寫其實採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儲存在介質中的磁場，驅動寫入資料。磁頭再通過介質表面式則驅動讀取資料。由於磁頭在儲存的磁場中會出現更改，所以它會產生微弱電流指示訊號中是否出現磁通變換區。
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