CN1027935C - 可装卸式磁盘驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种具有可装卸式硬盘驱动器的计算机系统。插板得到了改装，以接受一进入槽，该槽接受包含硬盘驱动器的盒式存贮器。进入槽包括无插拨力的接插件的正部分及连有计算机插入板的第一线路板。第一线路板还包括无插拨力接插件的正部分和与计算机的插入板相连的端部之间的电路，以及使得硬盘驱动器能“热插入”到计算机总线上的线路，该线路还起到封锁作用，以防止在计算机系统被重新启动之前对可装卸式硬盘驱动器进行写入。

Description

随着计算机的发展，需要存贮大量的数据。已有若干种装置被用于实现这一目的。其中的一种是硬盘驱动器。硬盘驱动器包括一个或多个装在转动轴上的盘。数据一般存在象树的年轮一样的同心磁道中。一传感器从一个或多个盘的表面上方经过，而数据被从盘表面上读出或写入到盘的表面上。硬盘驱动器被用于所有类型的计算机，从最大的超级计算机到遍布世界的家庭和办公室的个人计算机。

硬盘驱动器中的盘被永久性地装在轴上。另外，盘驱动器外壳内的环境得到精心的控制，以防污染，因为烟雾微粒大小的粒子可使传感器“脱轨”并使之与盘发生接触，这造成撞坏盘的结果，或不希望的数据损失。因此，盘驱动器的各个盘不由计算机用户来更换。由于通常不必进入硬盘驱动器内，大多数计算机的实体构造把硬盘驱动器设在用户看不见的计算机内部。在多数计算机中，硬盘驱动器与计算机内的数据总线相连，并且直到更换硬盘驱动器之前它是不会被拆卸的。

当然，这类普通构造总有例外。在某些场合，其中在硬盘驱动器上存有特别敏感的信息，计算机用户就希望能有他们能整个取下的 硬盘驱动器，以便在不用时将其锁入保险柜。这防止了计算机狂们突破密码并窃取硬盘驱动器上的信息，因为他们无法以电子方式存取硬盘驱动器上的信息。

过去，已有可装卸式硬盘驱动器和可装卸的盒式硬盘存贮器。盒式磁盘存贮器中只有盘能取下，这种设计具有一些缺点。授予Nigam等人的美国专利4，717，981号显示了这种盒式盘存贮器，它有一自动启动门。美国专利4，870，518号显示了可插入美国专利4，717，981号的盒式存贮器的槽。由于该盒式存贮器是插入计算机的一个端口中，盒式盘存贮器更易受污染。在至磁盘驱动器的存取门打开及插入装有读写传感头的致动臂以进行读取或写入之前，需用过滤或类似方法清除污染的空气。另一个缺点是，每次把盒式存贮器插入槽时，都要精确地机械对准盒式存贮器，以防止误读，并使盘在一水平面上转动。采用咬合机制和对中机制的机械对准，不如在制造时已永久设定机械对准的固定硬盘驱动器精确。这种对准随着盘驱动器道密度的增加而变得更为重要。目前，所用的道密度超过每英寸1000道。在某些方面，盒式存贮器中的道密度无法与硬盘驱动器中的道密度相比。

目前的可装卸式硬盘驱动器也有缺点。多数可装卸式硬盘驱动器利用磁盘驱动器上的针或接插件来与计算机系统电接触。授予Krenz的美国专利5，010，426号就是这种驱动器的一个例子。与接插件30相联的针与接插件28中的孔相触。在授予Hanson的美国 专利4，633，350号中，针37在盘驱动器转动到位后借助凸轮运动被送入相配的接插件。授予Dalziel等人的美国专利4，833，554号显示了对准并滑入相匹配的接插件的针的另一个例子。在Dalziel等人的专利中，采用了一双对准针。这些方法所共有的一个缺点是构成连接部分的装置的寿命太短。例如，这类连接部分的周期最多不过500周期。换言之，若用户每天都要拆下驱动器的话，这些驱动器仅能维持两年左右就随即“失效”。这种“失效”实际上是接插件而非硬盘驱动器本身的失效。另一缺点是这些可装卸的盘驱动器很难拆下。必须抓住并拉出盘驱动器才能切断电连接，这不同于软盘，因为软盘是被弹出一小段距离，使操作者能方便地抓住它。

授予Mintzlaff的美国专利第4，893，210号是一种硬盘驱动器，它能连到电源或从其上卸下来，从而构成计算机外部的一单独部件。Mintzlaff的专利采用了无插拨力的接插件，该接插件直接作用或紧贴在硬盘驱动器的针上，这些针传递着盘驱动器的输入和输出。在此设置下，这些针极易被损坏，因为与硬盘驱动器的针接触的元件42a和42b必须得到近乎完美的对准，以防止从属负载（side    load-ing）。即使部件42a和42b被精确对准了，硬盘驱动器的针仍可能发生弯曲，因为硬盘驱动器的针一般没有得到支撑。部件42a和42b从外部施加作用，而在这些针后没有支撑。这样，与前述专利一样，Mintzlaff的专利在盘驱动器拆下和装上的次数方面有着同样的限制和缺点。另外，Mintzlaff专利是一单独的部件，它不必被装入计 算机的一开口中。计算机的外壳必须改变，才能适应象Mintzlaff专利中的15那样的曲柄。

上述文献中的电连接装置，似乎是为了使盘驱动器的插入更简单可靠，而不是为硬盘驱动器需要就地维持着想。上述装置并不适于频繁地（比如每日一次或几次地）插入和取下。

目前的可装卸磁盘驱动器的另一问题是反复加到硬盘驱动单元上的力。硬盘驱动器可以承受一定的力，但它仍是较为敏感的。若过大或反复的力加到硬盘驱动器上，外壳就会变形，从而造成道误差及数据恢复误差。

因此，需要一种能每日取下一或多次的硬盘驱动器。而且，最好有一种能方便地取下的硬盘驱动器。这需要一种能反复使用、有高使用周期和弹出机构的电接插件。此外，也要求不存在对准问题并能可靠地读写的可装卸式硬盘驱动器。还有，还希望有能以极小的力或不需用力就能从计算机上取下和插入的可装卸式硬盘驱动器。

本发明公布了一种可装卸式硬盘驱动器系统。该可装卸式硬盘驱动器系统包括改进的插板、进入槽（docking    bay）及可置入进入槽中的盒式存贮器。进入槽位于计算机内。进入槽包括无插拨力的接插件的正部分及与计算机的插板相连的第一电路板。第一电路板还包括无插拨力的接插件的正部分和与计算机插板相连的端部之间的电路。第一电路板还包括使硬盘驱动器能“热插入”（hot    plug-ging）到计算机总线上的电路，该电路还起着封锁作用，以防在计算 机系统被重新启动之前对可装卸式硬盘驱动器进行写入。这防止了在前面的盘驱动器未填满的区域对硬盘驱动器的写入操作所引起的数据损失。

硬盘驱动器被放置在包括一第二印刷电路板的盒式存贮器中。与第二印刷电路板相连的是无插拨力的接插件的负部分。第二印刷电路板还包括连到硬盘驱动器的针的接插件。电路在连到硬盘驱动器的针的接插件和无插接力接插件的各单独负部分之间通过。

进入槽代替了硬盘驱动器或个人计算机中的软盘驱动器。装入进入槽中的盒式存贮器沿无插拨力接插件的正部分对准。转动盒式存贮器外的一个把手，即可移动无插拨力接插件的所有负部分从而使它们夹住正部分。盒式存贮器中的硬盘驱动器的形状系数比它所代替的盘驱动器的要小。

结合附图可更好地理解本发明，附图中：

图1是个人计算机的视图;

图2是显示装在个人计算机的系统单元中的工作板的视图;

图3是盒式存贮器、进入槽和插板的视图;

图4a是进入槽的正视图;

图4b是进入槽的侧视图;

图5a是进入槽中的盒式存贮器的正面剖视图;

图5b是进入槽中的盒式存贮器的侧视图;

图6a是进入槽中的盒式存贮器的正视图，其中的一部分详细显 示了手指销;

图6b是进入槽中的盒式存贮器的侧视图，其中的一部分详细显示了手指销;

图6c是详细显示手指销的视图;

图7是用于使硬盘驱动器能够“热插入”的电路的时序图;

图8是与图7的时序图有关的状态图。

这些附图并非是用来限定本发明的，而仅仅是为显示本发明的下述实施例而提供的。

图1显示了一普通的个人计算机系统10。普通个人计算机系统10包括系统单元12、监视器14、和键盘16。系统单元12是计算机系统10的心脏，并包括其上有主处理器的母板。该主处理器是计算机系统10的大脑。系统单元12还包括连接计算机系统10中的各个部分的总线。该总线可被比作计算机系统的脊髓。包括各种指令的信号，从主处理器经总线传到与总线相连的各个部分。与该总线相连的还有各种盘驱动器，如软盘驱动器20和通常装在系统单元12中的硬盘驱动器（图1中未显示）。盘驱动器的作用就象办公桌上的文件柜。主处理单元，象大脑一样，只有用于重要信息的有限空间。有时做决定还需要其他信息，此时就要打开文件柜或盘驱动器以获取存在里面的信息。

参见图2和3，可装卸式硬盘驱动系统包括已改装的插板24、装在系统单元12中的进入槽40、及装在进入槽40中的盒式存贮器 60。现在将对可装卸式硬盘驱动器系统的这些部件中的每一个进行详细描述。

图2详细显示了插板24并显示了如何把盘驱动器连到系统单元12的母板上。插板24有与位于系统单元12中的母板相连的端部26。插板24还包括把软盘驱动器20连到母板的接插件28。插板还包括用于把硬盘驱动器22连到母板的接插件30。应注意，所有计算机系统10可不包含插板，而是由诸如连到总线的缆线之类的替代物。图2所示的插板已经改装，以使用于硬盘驱动器22的接插件30处于接近系统单元12的前部的位置。在许多场合，用于硬盘驱动器22的接插件的位置使硬盘驱动器22位于靠近系统单元12后部的位置，因为不需要对硬盘驱动器22进行接近，然而，由于本发明是可装卸式硬盘驱动器，所以接插件30的位置使进入槽面向前方。

图4a、4b、6a、6b和6c详细显示了进入槽40。进入槽40包括一底座42。一顶部44与该底座的一侧相连。顶部44和底座42形成外壳46。进入槽40的外壳46有接收盒式存贮器60的开放端48。与开放端48相对的是一弹簧装载端41。弹簧装载端41包括底座42的上转部分43，它有两个开口，用以接受一对长固定器45。固定器45的一端连到弹簧板47。固定器45的另一端连有一螺母，用以把固定器45保持在上转部分43的两个开口中。两个固定器45可穿过上转部分43的两个开口。弹簧49设在各固定器45周围并在上转部分43和板47之间。弹簧把板47偏向开放端48。

进入槽40还包括一手指杆51，它具有致动端53和钩形端55。系统单元12的正面可以触到并致动致动端53。移动致动端53使钩形端55从略低于进入槽40底面处移至高于进入槽40底面处。手指杆51具有一在致动端53和钩形端55之间的枢轴。

开放端48的尺寸的选择使之能装入系统单元12正面的开口中，单元12是用于具有特定形状系数的盘驱动器的。进入槽40的尺寸使之适于装入系统单元12中的槽内。连在底座42的相对侧的是第一印刷电路板50。第一印刷电路板50包括印刷电路板接插件52，接插件52的位置使之与插板24（图3中所示）上的硬盘驱动接插件30的相连。第一印刷电路板50还包括无插拨力的接插件的正部分54。正部分54是长形的，并以位于进入槽40的外壳46中的一串接插件为终端。第一印刷电路板50还包括在接插件52的各个针同与外壳46中的无插拨力的接插件的正部分54相联系的导体或单独的“针”之间进行电连接的电路。

第一印刷电路板50还包括使盒式存贮器60中的硬盘驱动器能被“热插入”的电路及在计算机系统10被重新启动前防止对盒式存贮器中的硬盘驱动器的任何写入操作的电路。后一个电路防止了因对硬盘驱动器上某些区段的错误写入而造成的数据损失，这些区段先前在进入槽中的硬盘上是自由的，但在目前在进入槽中的硬盘驱动器上却不是自由的。这些电路中的每个均由称作可编程逻辑阵列（未显示）的装置构成。可编程逻辑阵列是一逻辑元件的阵列，这些元 件的互连是用掩膜或互连制作领域里的专用设备编程的。可编程逻辑阵列被用来在给定一定输入时产生一组逻辑输入。这些输入和输出由图7的时序图和图8的状态图表示。这些将在详细描述盒式存贮器后进一步地细述。

现在参看图3、5a、5b、6a、6b和6c，来描述盒式存贮器。盒式存贮器60是装在进入槽40中的容器。盒式存贮器60包含一硬盘驱动器62，驱动器62的形状系数小于为系统单元12提供的驱动器的形状系数。例如，系统单元12的槽将容纳具有3 1/2 ″形状系数的盘驱动器。进入槽40装在系统单元12中的3 1/2 ″形状系数槽中。盒式存贮器中的硬盘驱动器是2 1/2 ″形状系数驱动器，它的长度约等于3 1/2 ″形状系数驱动器的宽度，且其宽度约为3 1/2 ″形状系数驱动器的长度的一半。2 1/2 ″形状系数驱动器的高度约为3 1/2 ″形状系数驱动器高度的一半。2 1/2 ″形状系数驱动器的体积为3 1/2 ″形状系数驱动器体积的四分之一。

盒式存贮器60有一小开口61，开口61的尺寸适于接受手指杆51的钩形端55。盒式存贮器60还包括第二印刷线路板64。第二印刷线路板64包括把硬盘驱动器62的针连到第二印刷线路板64的电路的接插件66。连到线路板64的还有无插拨力的接插件的负部分68。无插拨力的接插件的负部分68连到第二线路板64及线路板64上的电路。对硬盘驱动器62的每个针，无插拨力接插件的负部分 68都有一电触头。无插拨力接插件的负部分68沿着盒式存贮器60的一侧定位。无插拨力的接插件的负部分68起夹子的作用，并夹住无插拨力的接插件的正部分54，从而形成电接触。转动可从盒式存贮器60外部操作的一小把手70，即可使无插拨力接插件的负部分连接或夹住无插拨力接插件的正部分54。负部分68也可通过转动把手70来松开。所选用的无插拨力接插件最好有高使用周期（如5000个周期），以使盒式存贮器60能多次地放入和取出进入槽40。这里所用的接插件可从宾夕法尼亚州Harrosburg的AMP公司得到，其部件号（Part    Number）是531414-4。该无插拨力接插件带有负部分68和正部分54。高周期寿命使盒式存贮器和进入槽能反复地连接多年。

硬盘驱动器62装在盒式存贮器60中容纳了无插拨力接插件负部分68后留下的空间中。第二线路板装在盒式存贮器60的顶表面上。盒式存贮器的尺寸适于装在系统单元12正面的开口及进入槽40中。第二线路板64上的其他电子元件只有电子行业中熟知的功率显示LED和终端电阻，对它们将不作细述。

在运行中，盒式存贮器60被插到进入槽40中。盒式存贮器中的无插拨力接插件的负部分68设在进入槽40的正部分54的端部，并将盒式存贮器60引入进入槽40。盒式存贮器60被推入进入槽40，直至它贴住弹簧板47。盒式存贮器60顶着弹簧板47被推进，直到手指杆51的钩形端55触到盒式存贮器60中的开口61。随后盒式 存贮器60被“释放”，从而使弹簧板47把盒式存贮器60推到使开口61的端部贴住手指杆51的钩形端55的端部的位置。在此位置，无插拨力接插件正部分54的针与负部分68对准。盒式存贮器最好由于指杆51和弹簧板47固定，这防止了无插拨力接插件被装歪。下一个步骤是转动把手70并使无插拨力接插件的负部分68与正部分54相接触。取下盒式存贮器60时，转动把手70，使无插拨力接插件的负部分68与正部分相脱离。通过向上稍微提起手指杆51而对其进行致动，这从盒式存贮器60中的开口61取下了钩形端55。弹簧板47使盒式存贮器60向外走。选用弹簧49使盒式存贮器60稍稍被弹出。

包括在与进入槽40相连的第一印刷线路50中的一电源顺序电路，提供了“热插入”和封锁特性，以防止意外的数据重写。

现参看图7和8，将描述第一印刷线路板50上允许“热插入”的电路。图7是时序图而图8是与图7的时序图有关的状态图。如前所述，电路是用可编程逻辑阵列构成的，该阵列的使用是本领域公知的。时序图中显示的序列是电路的关键成分，而不是各态间的具体时间。整个序列必须在选定的时间内完成。在本发明中，应注意，无插拨力接插件的负部分68由一杆（未显示）控制，在转动把手70以使负部分68与正部分54接触或脱离时，该杆在材料的弹性范围内略有变形。已发现由于这种变形，离把手最近的电接触接通或断开出现在沿无插拨力接插件的所有其他接触接通或断开的稍稍之前。 允许“热插入”序列即发生在这段时间。

现在一般地描述图7的时序图，它反映了电源顺序电路。信号-SENX80由无插拨力接插件的负部分68控制，由于杆如上段所述的那样在弹性范围内变形，该接插件首先断开或接通。当一SENX80信号改变时，它表明了负部件68与正部件54间的连接的变化，并表示硬盘驱动器62的电源将被切断或接通。为防止损坏硬盘驱动器62，必须发生几个事件，以保证硬盘驱动器62将不被损坏。

为避免盘驱动器62在断电时被损坏，必须为该盘驱动器保持+/-5伏电压，直到所有其他电连接全部被切断。在无插拨力接插件的所有电接触都由于把手70的转动而被切断之前，电源顺序电路大致地使所有电接触加速地关闭，以保证+/-5伏的电压是最后一个切断的;这些电接触对应于盘驱动器62的针。换言之，在切断无插拨力接插件的最后一个接触之前，电源顺序电路切断了硬盘驱动器的所有连接。这发生在500毫秒之内，这大致是切断第一个接触和沿无插拨力接插件的最后一个接触被切断之间的时间。

为防止盒式存贮器60中的盘驱动器62在通电时损坏，盘驱动器62的各个电接触必须按一定顺序建立。在该顺序开始前，必须把+/-5伏电压连到盘驱动器62并使之稳定。电源顺序电路检测建立第一电接触的时间、为盘驱动器62中的所有针排顺序、并在该顺序开始前确保+/-5伏电压已加到盘驱动器62上。电源顺序电路 基本上阻止电信号通过盘驱动器62，即使沿无插拨力接插件的触点可能已建立了电接触。在本发明中这是利用一个延迟来实现的。

图7详细显示了本发明中的电源排序。图7是一时序图，它可用本领域公知的可编程逻辑阵列实现。现参看图7，当-SENX80为低时，电接触建立，而当-SENX80变高时，则表明电接触已被切断。当-SENX80变高时，断电序列开始。信号+HFP82是表示硬文件存在的信号并基本上是信号-SENX80的略微延迟的反映，信号+HFP82响应变高的信号-SENX80而从高态变到低态。响应于变低的+HFP，信号+RESET84在几个时钟周期内为高，以使硬盘驱动器62在断电或电源启动过程中不向总线传送信号。当硬盘驱动器62脱离时，信号-PWRON86变高。当硬盘驱动器脱离时，信号-BUSEN也变高，表示总线已脱离或封锁。响应于变高的-PWROM86，作为至硬盘驱动器62的直流电压的信号VCC90开始变低。信号-POR92是驱动器62在断电或启动时必须经历以防止CMOS锁定的排序过程的启动复位，该信号-POR92响应于开始变低的VCC90信号而变低。在取下盒式存贮器60时，电源复位则经历其断电序列。信号+PORQ94是-POR92信号略微延迟的反映，因而当-POR变低时，+PORQ变高。

在把盒式存贮器60重新放入或插入进入槽40且无插拨力接插件的负部分68与正部分54建立电接触之后，启动序列开始。当第一个负部分接触正部分时，信号-SENX80从高变低，这种信号+ HFP从低变高。+HFP的高态使信号-PWRON86变低，表明电源已可通向盘驱动器62。变低的信号-PWRON90使信号VCC90开始升高，表明至盘驱动器62的所有针均以适当的顺序被置于适当的功率电平。一旦达到了这种适当顺序的适当功率电平，VCC就处于其高态。VCC高使信号-POR变高，这又使-PORQ94变低。-PORQ94变低使+RESET信号在若干个时钟周期中变高。最后，在一定时间后，延迟线-DELAY96变低，表明无插拨力接插件的最后一个针已建立电接触。响应于变低的-DELAY96，-BUSEN信号88变低，表明总线目前可被接触。

图8所示的状态图只显示了电源顺序电路经历的各个状态。这些状态也显示在图7的顶部。图8只是详细显示了这些状态。

电源顺序电路，还为有一个以上的用于单个个人计算机系统10的可装卸的盒式存贮器60的用户，提供数据完整性服务。该数据完整性服务基本上是一封锁装置，它防止用户把新的盒式存贮器60插入进入槽40，并防止了由于操作系统未明白已插入了新的盒式存贮器并把新的盘驱动器62当作先前在进入槽40中的盘驱动器62来对其进行写入而把新信息写到了重要部分上。

此封锁电路是很明了的，因而大概不需要单独的时序图和状态图来理解本发明。因而将以文字描述此特征。电源顺序电路还借助两个信号-SENS1和-SENS2来监测盒式存贮器60的存在与否，这两个信号也可是图7中的信号-SENX的两个状态。每当盒式存 贮器60不存在时，表示文件变化的信号+FCHG便被激活并维持有效，即使插入了新的盒式存贮器60也是如此，因为它被电源顺序电路锁定了。+FCHG信号保持有效，直到激活了一信道复位信号，该信号表示计算机系统10或是通过关断通/断开关或是通过按下键盘16上的适当键重新启动。当+FCHG信号有效时，-LED可被激活，以显示在恢复正常运行前系统必须被重新启动。

已描述了本发明及其最佳实施模式。应理解的是，上面的描述只是说明性的，而且在不脱离所附的权利要求书描述的本发明范围的前提下，可以采用其他的装置和技术。

Claims (9)

1、用于计算机的可装卸式硬盘驱动系统，包括：

一进入槽；以及

一包括带有针型硬盘接插件的硬盘驱动器的盒式存贮器，所述盒式存贮器装在所述进入槽中；

该系统的特征在于包括：

一个无插拨力式两部分接插件，它能在多个周期中进行电连接和脱离，其中一个所述部分由进入槽电连接并承载，而所述两部分中的另一个由盒式存贮器电连接并承载，所述盒式存贮器还包括用于把部分接插件两部分中的另一个部分与硬盘接插件相电连接并在实体上把两部分接插件的该部分与硬盘接件相分离的装置。

2、权利要求1的用于计算机的可装卸式硬盘驱动系统，其特征在于进入槽装在计算机中。

3、权利要求1的用于计算机的可装卸式硬盘驱动系统，其特征在于还包括在两部分接插件上的引导装置，以便在形成电连接之前把盒式存贮器引入进入槽中。

4、权利要求1的用于计算机的可装卸式硬盘驱动系统，其特征在于还包括在盒式存贮器上的一根可移动的杆，以便通过在一第一位置和一第二位置之间移动。该杆来实现电接插件的两部分之间的电接触。

5、权利要求4的用于计算机的可装卸式硬盘驱动系统，其特征在于包括一个在该进入槽中的电源顺序电路，用于在维持供给计算机的电力的情况下进行盒式存贮器的取出和盒式存贮器的插入，所述电源顺序电路为可编程逻辑阵列，它在所述杆被从一第一位置移动到一第二位置以切断电连接时具有多个触点的两部分接插件上的第一触点被切断与最后一个触点被切断之间的时间内进行操作，并且在所述杆被从一第二位置移动到一第一位置以形成电连接时两部分接插件上的第一触点形成与最后一触点形成之间的时间内进行操作。

6、权利要求4的用于计算机的可装卸式硬盘驱动系统，其特征在于包括一个封锁电路，用于防止在一要被取出的盒式存贮器已被从进入槽取出之后对一被插入的盒式存贮器中的硬盘驱动器进行写入。

7、权利要求3的用于计算机的可装卸式硬盘驱动系统，其特征在于包括用于把盒式存贮器定位并保持在独立接插件的进入槽中的装置。

8、权利要求7的用于计算机的可装卸式硬盘驱动系统，其特征在于所述的用于定位并保持盒式存贮器的装置包括一根杆，该杆的一端钩入到盒式存贮器的开口之中。

9、权利要求3的用于计算机的可装卸式硬盘驱动系统，其特征在于包括用于弹出盒式存贮器的装置。

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