CN1033407C - 多媒体数据存储设备 - Google Patents

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Abstract

在一个存储设备，例如硬磁盘驱动器内，数据是以可变线性密度存储在用户的数据存储部分以便增加设备的有效存储容量。该可变线性密度是相关于要加以存储的各种类型数据的软错误率容限差异和通过重现或修匀而不是通过纠错码来加强非字母数据能力的函数。一包含在输入数据内的数据类型信号决定记录频率及当数据被定址时读取一相关于该记录的数据块的控制信号以便适当调整时钟频率以读取该定址的数据。

Description

多媒体数据存储设备
本发明涉及到数据存储设备且特别是涉及到按照要存储的数据的类型来选择线性密度以提高设备存储密度的格式化和控制技术。
磁盘驱动器数据存储容量正被以更高密度更密集存储数据的能力以及逐渐降低每兆字节的成本而被连续不断地提高。存储需求因具有更大量存储要求的电脑应用而持续增长，且可以预期它会因为成本效益的增加而会有更多具有高存储要求的应用而加速增长。
在各种增加对介质存储表面利用的记录技术中，最常见的是区域记录，在其中数据是存储在同心圆式磁道带内且记录是以恒定频率进行，一带的最内层磁道或直径最小的磁道是以最大密度加以记录的且在该表面或该带内的所有其他磁道都是以低于该最大线性密度的密度加以记录。区域记录允许使用可降低各磁道记录密度间差异并由带或区域最内层所定义的线性密度，並加强其为一部分的磁盘或磁盘驱动器的可用存储容量。
各磁头磁盘介面关于各区域的频率或记录密度的最优化可进一步微调区域记录，美国专利第5,087,992号展示了此技术，在其中各区域内频率是设成不超过一选定值的最大错误率，美国专利第4,799,112号提供了另一种处理方法，在其中磁盘的各磁道的频率是根据磁头磁盘介面的特性而加以最优化。美国专利第4,604,748号提供了具有不同错误容限的不同类型数据的记录方法。对较容易受错误影响的数据，使用双重记录且也对其进行较高级的错误恢复。
用以优化介质表面记录密度的多种技术，例如区域记录，将最优化各磁道的线性密度或优化各种磁头和介质组合的密度；都没有对更进一步的问题如关于要加以记录的数据必须维持的错误级进行讨论。
本发明的目的在于提供一种数据存储装置和一种读和/或写数据的方法，其中数据是根据如字母数字数据或图象数据这样的数据类型通过改变记录密度而以最大或最佳密度记录在存储介质上的。
字母数字数据需要错误最少的记录且其通常是最常见的数据类型以致存储设备或系统被限制为一常见的低错误率，例如每1012位有一错误或更低。其他类型的数据，例如图象、影象、语音或传真，可允许较之高很多的错误率并且也可使用不同的恢复技术。因此要最佳地使用存储设备或系统，应将数据以该特定数据类型所能容忍且满足该种数据错误率标准的最大密度加以存储。存储在一扇区或其他格式化单元内的数据数量也将是所使用的错误恢复方式的函数。虽然精密且复杂的纠错码ECC被用来找出且更正数字字母数据错误，大多数其他类型数据可使用较不复杂且较适用于某一特定类型数据的复制和使用的重现或修匀技术。
有许多方法可供选择用来组织各种数据类型的存储。各数据类型可以以随机方式加以存储；各种数据类型可被分开并存储在各种区域里或可以以随机或分隔方式使用区域位记录(ZBR)。然而也可在特定磁盘驱动器上建构其他格式化模态或各种组合以实现最大的多媒体存储容量。
图1是表示使用本发明的匹配错误率功能的硬磁盘驱动器控制电路的方块图。图2是一硬磁盘驱动器各部分的示意方块图。
目前，所有存储在硬磁盘驱动器的信息都将满足某种最小软错误率(SER)和硬错误率(HER)准则。常用的硬磁盘驱动器SER规格是10-10(错误/位)。在处理常规数据时，例如字母数字字符和符号，维持如此低的错误率是很重要的。存储非常规的数据，压缩或未压缩图像或语音的信息，则不需要求相同的低错误率，因为该数据被错误破坏的任何部分都可使用例如修匀的技术，加以重现，问题是可选择的SER准则，该准则可改变数据存储到硬盘驱动器上的线性密度。
经由长期处理磁记录的经验已发现存在一个“6％法则”。线性密度每增加6％软错误率会对应增加大约10倍。例如，如果一给定硬磁盘存储设备的线性密度是50,000位/英寸且具有10-14的磁道上软错误率，将线性密度增加大约12％至56,000位/英寸，将产生大约10-12的磁道上软错误率。相反地，某种数据所能接受的软错误率每增加10倍，则记录该数据的线性密度可能增加6％。
接着考虑具有固定式块结构的硬盘驱动器，例如每扇区512字节用户数据。对一恒定转轴速率，可改变时钟率以增加数据扇区块的线性密度从而实现对应的SER。表1，使用6％法则，表示对一可变SER各固定数据块的对应容量。字母数字的数据也包含用以错误恢复的纠错码(ECC)。各扇区都超过512字节的所有非字母数字数据可使用数字信号重现技术将其重现，压缩式数据，例如由离散余弦转换(Discrete Cosine Transform，DCT)加以压缩的数据，在执行逆DCT之前先在频域内对释放的信号实施修匀。修匀(重现)过程通常是发生在输入输出处理器(IOP)或主系统之内。非字母数字的数据类型使用重现或修匀技术而不是纠错码，因此可释出额外的数据存储容量。这样，扇区容量变成展示在表内的容量加上通过删除纠错码而获得的额外容量。
                           表1
数据类型                 SER                       字节/扇区
字母数字                 10-14                    512
医学图像                 10-10                    635+
其他图像                 10-4                     820+
影  像                   10-2                     880+
语  音                   10-2                     880+
传  真                   10-1                     910+
如果假设一磁盘驱动器和表1所列的各数据类型都具有相等数量，则容量增加可超过50％。这还不包括在将数据存储到磁盘驱动器上之前对其进行的数据压缩造成的容量增加。
有许多方法可用来组织各种数据类型的存储。各种数据类型可以以完全随机的方式加以存储；各种数据类型可被分开而存储在同心圆式区域或以随机或分隔方式使用区域位记录(ZBR)。数据应按照磁头/磁盘介面的固有SER而加以存储。例如，对薄膜磁头，发现在外直径的信号干扰率高于在内直径的信号干扰率。因此，在外直径的SER将小于在内直径的SER，这就意味着字母数字应以较高的线性密度存储在外直径，而可允许较多错误的数据，例如传真，应存储在内直径。也可根据各种磁头的固有SER来存储数据。具有最佳(最低)SER的磁头可主要用来处理字母数字，而最差的磁头则用来处理传真。
为了匹配可接受的错误率和一设备所能提供的错误率，将需要对介面做某些改变和增强。那些介面更改最好是最小程度上进行的以便限制对系统微代码的影响从而促进匹配错误率设备的接受和使用。为说明起见，将使用小型电脑系统介面(SCSI)来强调介面要求。
当在一系统上安装匹配错误率设备时，必须将该设备格式化以符合该系统的使用要求。装置特性，例如容量和块大小，是在格式化时加以确定。一旦被格式化，设备和操作系统都记住了这些特性并且此后必须在它们的限制内操作。因此，在正常操作期间，匹配错误率设备不能通过压缩而产生容量，也不能更改块大小来容纳具有不同错误率准则的数据。在格式化时，设备可报告其用以支持不同错误率的容量及导致的设备容量变化。这可能包括要求设备对主系统指定的特定块大小进行计算並返回不同错误率的容量值。一旦决定所要的设备格式以后，主系统就执行格式化操作。SCSI已提供模态感测指令和模态选择指令“Format Device Page”(格式化设备页)，以控制格式化参数。SCSI将需要简单地扩展这些指令以便支持匹配错误率设备。
在设备读操作期间必须加以控制的一个过程变量是用以恢复数据错误的错误恢复的数量和型式。主系统必须对各指令实行错误恢复控制或其对一装置跨越使用多重指令。装置通常定义各种级的恢复。
而主系统可由其中挑选所要用的级。数据恢复级在复杂度上有所不同，它可包含重读(reread)，离轨(offtrack)重读，重读后的侧轨删除和ECC应用。一种倾向是主系统可使错误检测失效或当检测到错误时允许一设备去制造数据。另一倾向，当检测到错误时该设备即停止。SCSI支持模态选择指令“Read WriteError Recovery Page”(读写错误恢复页)而该指令指定所要用的数据错误恢复的级。对匹配错误率操作，一设备可发出与所需错误恢复级，一致的此指令。
单一装置可支持多重错误恢复程序区域且该区域在磁盘直径上与不同的信噪比相关。为了方便附属于现有的SCSI操作系统，此装置可细分成分隔的区域。此装置可定位成一个SCSI目标的，而各区域可定位成该目标内的一个单独的逻辑单元。各逻辑单元都有其唯一的格式和错误恢复参数而该参数是由模态选择页设定的且具有与存储在该逻辑单元内的数据类型一致的值。一SCSI设备使主系统无法得知逻辑区块位置的物理映像。因此，一设备当其选择区域时可随意对映各区域。如此可使物理区域以磁头特性，几何形状为基础，或以随机方式，来定义。
图1是实现设备控制的控制器装置和电路的方块图，该设备的控制包含一个设备(如硬磁盘驱动器)的匹配错误率功能。此磁盘驱动器以均匀角速度运转并且通过改变存储数据的线性密度来实现匹配错误率功能。虽然提及线性密度，对数据记录密度的真正调整是记录频率的变动而增加或降低记录密度可分别增加或降低存储在以恒定转速旋转的磁盘驱动器的一固定分段、或以一恒定线性速度运动的磁带介质的固定长度内存储的数据数量。在线10上要加以记录或写入存储设备的输入数据被送至写入编码器12而包含数据类型的控制信息则由磁盘驱动器微处理器14加以感测。在磁盘驱动器内，数据类型可被包含在各扇区首部所包含的控制信息内或存储相关于各扇区数据部分的数据类型或时钟频率的表内。微处理机14通过转换器磁头18对将数据写入介质或由介质读出数据的控制功能包含选择读取/写入频率以使读取/写入频率与相关于所感测的数据类型信号并由其指示的线性记录密度匹配。
当主系统定位记录于介质上的数据时，在线20上从介质读取的数据流包含数据类型信号或能够确定数据类型因而显示读取被定位的数据所需的线性密度和时钟速率的信号。此数据类型信号使微处理机14能够选择送至读取锁相回路22的传输时钟频率以便与读取解码器24同步。
图2是一硬磁盘驱动器的示意图，它表示了磁盘存储介质6；一支持且定位吊架7和转换器磁头18的致动器7；以及图1主件的控制器9。
包含本发明的匹配错误率的存储技术可用于大型系统或网路，其中有相距很远的大量存储设备和系统，例如全国各地的城市，它们服务于多个依次存储及存取各种类型和种类数据的主设备。如果根据所要求的错误容限将系统各用户的存储密度加以最优化，此系统可节省大量空间并缩小设备的尺寸。但是，与具有储存能力的单一微处理器一般大小的系统可因匹配错误率增强技术而受益，因此存储能力将受制于与字母数字键盘数据相关的高无错误记录的限制。
虽然本发明一直都是特别参照一较佳实施例而加以展示和说明，熟悉本领域的人士应了解在不脱离本发明的实质和范围下可对形式和细节做许多改变。

Claims (10)

1.一种数据存储装置，它在存储介质上沿道连续地存储数据，其特征在于包括：
转换器装置，用于向所述存储介质写数据和从所述存储介质读数据；
读/写控制逻辑装置，用于向所述转换器装置发送数据和从所述转换器装置接收数据；
所述控制逻辑装置包括用于在所述存储介质上的所述道中分别以变化的线性密度以多个可选择的记录频率读和写数据的装置，所述控制逻辑装置还包括：
写频率确定装置，用于为由所述控制逻辑装置接收的待写数据从与所述数据相关的至少一个频率指示符中确定一个适当的记录频率；以及
读频率信号确定装置，用于为读取所述存储装置所记录的数据而确定一个适当的频率。
2.根据权利要求1的数据存储装置，其特征在于：包含在所述数据中的所述频率指示符是数据类型的指示，并且所述控制逻辑装置根据所指示的数据类型选择所述多个可选择的记录频率中的一个。
3.根据权利要求2的数据存储装置，其特征在于：记录在所述介质上的数据是顺序数据单元，并且所述读频率信号确定装置包括用于从所述数据单元中指示所述介质上所存储数据的记录频率的信号中确定一个适当的频率。
4.根据权利要求3的数据存储装置，其特征在于：所述存储装置是一个硬磁盘存储装置，其中数据是按照扇区存储在道上的，该扇区包括一个首部扇区部分和一个数据存储扇区部分，并且所述读频率信号确定装置包括一个记录在所述首部扇区部分中的频率指定信号。
5.一种将数据写到存储装置的存储介质上的方法，该存储介质在工作期间以基本恒定的速度运转，以提供匹配错误率操作，该方法包括步骤：
感测被接收并记录在介质上的数据记录的类型；
为写入编码装置选择一个时钟频率，该写入编码装置确定作为所感测的数据类型的函数的线性记录密度；
将被接收的数据记录写到记录介质；以及
记录与被记录的数据记录相关的所述数据类型。
6.根据权利要求5的将数据写入存储介质的方法，其特征在于：所述基本恒定的速度包括以恒定旋转速度转动的硬磁盘介质。
7.根据权利要求6的将数据写入存储介质的方法，其特征在于：记录所述数据类型的步骤包括在一盘扇区的首部中对随后的数据扇区部分中记录数据的频率予以编码。
8.一种从包括存储介质的存储装置上读取数据的方法，其中数据是以作为所记录的数据类型的函数变化的可变线性密度记录的，该方法的特征在于包括：
感测与待读的定址数据记录有关的、且指示该数据记录在所述介质上记录的线性密度的信息；
选择用于读取该定址的数据记录的时钟频率，它对应于记录所述被定址的数据记录的线性密度；以及
将所述被定址的数据记录传送到请求这样的被定址数据记录的主装置。
9.根据权利要求8的读取数据的方法，其特征在于：传送所述被定址的数据记录的所述步骤包括识别数据类型。
10.根据权利要求9的读取数据的方法，其特征在于：所述存储装置是刚性盘驱动器，数据存储在设置在盘介质上的道上的扇区内，并且指示用以记录数据的线性密度的信息存储在起始扇区首部中，而数据则存储在所述扇区的随后的数据部分中，从而所述感测步骤可由读取扇区首部而实现。
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