CN1060549A - 磁盘驱动器系统的传感磁头偏移装置 - Google Patents

Abstract

在多磁盘驱动器数据存储系统中，在专用伺服盘 面上列有一组伺服信息磁道。在每个数据盘面上至 少写一根伺服参考磁道，在储伺服参考信息。在第一 个数据盘面上写的伺服参考磁道与专用伺服盘面上 的一根预定伺服信息磁道对准。在以下相继的数据 盘面上逐面写的伺服参考磁道均径向偏离在上一面 写的伺服参考磁道。在每个数据盘面上均在相对伺 服参考磁道的一些预定部分分布了一组存储信息的 数据信息磁道。

Description

本发明总的来说与磁盘驱动器部件的磁道跟踪伺服装置有关，具体些说与用于多硬盘驱动器数据存储系统以改善磁道至磁道的寻找时间的传感磁头偏移装置有关。

通常，许多计算机都包括具有可以在上面读写数据以备以后使用的介质的外围存储器部件。

装有一起转动的叠层式硬盘的磁盘驱动器部件在磁盘表面上以磁的形式存储数据。传感磁头在朝向驱动轴的路径上来回移动，对磁盘进行读写数据的操作。数据记录在磁盘表面上同心间隔排列的数据信息磁道内。

位于磁盘表面上等一具体磁通上的数据由一个在该磁道正上方正确定位的数据传感磁头进行读写。为了保证磁头能在数据磁道上方正确定位，通常在磁盘驱动器中装有磁道跟踪伺服系统。通过伺服位置控制，将数据磁头精确地与数据信息磁道对准。有一种伺服系统，用一个专用的传感磁头来读取记录在一个专用盘面上的伺服信息磁道内的位置信号。数据磁头与伺服磁头同轴连接，同时相对数据信息磁道和伺服信息磁道运动。为了访问磁盘驱动器部件，有一个反馈控制驱动系统将伺服磁头驱动到所需位置，从而也能将数据磁头驱动到与一根需要在上面读写数据的特定数据信息磁道对准。

例如，美国专利3，838，457披露了一种用一个专用的伺服传感磁头检测写在一个专用伺服盘面上的特设伺服信息的磁道跟踪系统。所披露的系统可以将一根磁道与在一个磁道重复组内的其它磁道区别出来。当传感磁头离目标磁道大于二分之一磁道时，就有一个致偏信号加到所检测的信号上。所产生的位置误差信号对于磁道的组编号具有线性斜率，通过修正这位置误差信号就能将传感磁头位置电偏移到二分之一的磁道的组编号处。

美国专利4，807，063披露了一种用于磁盘存储部件的磁头位置控制系统。该系统采用了一个仅在每根据磁道的一部分沿园周方向写入参考信息的数据面伺服系统。参考信息存储在排列在每个磁盘的每个主面上，相隔角度为360°/4N（其中，N为磁盘数）各磁盘上的参考信息存储区彼此等角度间隔排开，因此在每次磁盘转动期间就可以从角度错开排列的参考信息存储区中读出参考信息，从而检测出每次读出参考信息时磁头偏离其正确位置的偏差，根据这检测到的偏差对磁头位置进行校正。

美国专利4，809，120披露了一种利用各磁盘表面上的参考信息区（对于各个磁盘相互错开的磁头位置控制系统。在磁盘转动期间，参考信息从在多个磁盘表面上相互错开的参考信息区读出。每个磁头偏离某一特定磁道的正确磁头位置的偏差就可检测出来，这样就能根据这检测到的偏差对每个磁头位置进行校正。

日本专利58-1812披露了一种活动标头（mobile  head）型磁装置的初始化系统。这种系统通过将下一个磁道柱面的标头记录设置到经角位移或角跃迁的位置上，减少了数据过程跃到下一磁道柱面所需的等候时间，减少量相当磁头的寻找时间。

1989年10月5日提出的日本专利申请25-8969/89披露了一种具有q个磁头和q个盘面（其中q不小于2）的磁盘装置。各盘面有数目相同的扇区，而每个盘面都有一个伺服扇区。磁头定位的伺服信息记录在各伺服扇区内。伺服信息从q个盘面相继读出。相继的q个伺服信息经平均后，控制从中读出最后一个伺服信息的盘面的磁头的位置或速度。

对于磁盘驱动器部件中所用的各种伺服控制装置来说，重要的是使数据传感磁头从现行磁道移动到一个规定磁道位置所需的时间达到最小。通常，磁道到磁道寻找时间，或者说从一个磁道移动到一个相邻的磁道所需的时间对于总文件数据传送率来说是一个最为重要的因素。

本发明的主要目的是提供一种能减小磁道到磁道寻找时间的多磁盘驱动器数据存储系统用的改进型传感磁头偏移装置。其它一些目的是提供一种既能克服各种原有技术的许多缺点又没有什么副副作用的改进型传感磁头偏移装置。

简要地说，本发明的这些目的和优点是通过在多磁盘驱动器数据存储系统中使用一种传感磁头偏移装置来达到的。磁盘驱动器部件有一组安装成能同时绕轴转动的盘面。有一个第一系列的伺服信息磁道排列在专用伺服盘面上。在每个数据盘面上至少一根写存储伺服参考信息的伺服参考磁道。在第一个数据盘面上写的这根伺服参考磁道与专用伺服盘面上那些伺服信息磁道对准。而以下相继的各数据盘面上逐面写的伺服参考磁道分别逐面径向偏离在上一个数据面上写的那根伺服参考磁道。在每个数据盘面上都有一组存储数据的数据信息磁道，分布在一些以伺服参考磁道为基准的预定位置上。装有一个能在横穿第一个专用伺服盘面的径向上移动的伺服传感磁头，用来读取伺服信息。还装有一组能在横贯各盘面的径向上与伺服传感磁头一起移动的数据传感磁头，用来读伺服参考磁道和对数据信息磁道进行读写数据的操作。

按照本发明，传感磁头在磁道柱面切换时所运动的距离等于在各传感磁头切换时所运动的距离，这样就可使磁道到磁道的寻找时间达到最小，因此提出了各种用多于一个数据磁道柱面进行数据传输的总数据传输率。

从以下对附图所示的本发明实例所作的详细说明中，可以充分理解本发明以及本发明的上述和其它一些目的和优点。附图中：

图1为具有体现本发明的数据存储磁盘驱动器部件的计算机或数据处理系统的原理方框图;

图2示出了图1所示系统中的数据存储磁盘的磁道和扇区;

图3为说明在体现本发明的磁盘驱动器部件中专用伺服面上参考伺服磁道与多个数据磁盘的各顺序相继逻辑数据面上伺服参考磁道之间的关系的放大图;

图4为说明在体现本发明的磁盘驱动器部件中为将磁头按多个数据磁盘上相继的逻辑数据磁道定位由伺服处理器执行的另一种逻辑操作的流程图。

图1示出了计算机数据处理系统10的含有数据存储装置12和数据利用装置14部分的局部原理框图。数据存储装置12在本发明的这个优选实例中是一个硬盘驱动器部件12，虽然也可以用其它的一些存储结构。部件12是以理解本发明的经简化的形式示出的，因为本发明可以应用到许多部分不同的驱动部件具体结构中去。

由图1和2可见，磁盘驱动器部件12有一个由一些具有磁性表面的磁盘18和20组成的叠式存储器16。磁盘20的一个专用伺服信息表面24的磁性介质内写有一组呈同心的伺服信息磁道22（见图3）。各数据磁盘18的二个相对盘面26上都有一层磁性材料。部件12有几个双面数据盘18，以提供一定存储容量，例如，图1所示有14个这样的数据盘面，标为盘面0至13。数据盘18的每个盘面26的磁性介质内同心地列有大量的数据信息磁道，或将磁道柱面（cylinder）28。这些数据信息磁道28相对图3所示的伺服参考磁道R0-R13分布在一些预定的位置上。一个数据磁道柱面包括一组分别在数据盘面1-N上的相应数据信息磁道28。例如，在盘面26上可以有编为0至950的951个数据磁道柱面如图2所示。每个数据信息磁道28包括沿该磁道柱面等分的多个数据扇区30，例如，编为0至47的48个数据扇区。这样，所例示的磁盘驱动部件12就有总数为639，072个数据扇区30（1（14数据面×48数据扇区/磁道×951磁道），每个扇区指定一个编号，即逻辑块地址（LBA）。

例如可以如下指定顺序的数据扇区编号或LBA：在数据面0、磁道柱面0上的第一个数据扇区0的数据扇区编号为1，在数据面1磁道柱面0上的第一个数据扇区0的数据扇区编号为48，而在数据面13、磁道柱面950上的最后一个扇区47的数据扇区编号为639，072。通常，一个数据文件的读写是通过对从起始LBA开始顺序相继逻辑数据面0-13上的数据信息磁道28的磁道跟踪，利用相继的各LBA进行的。

磁盘18、20平行地安装在联成一体的轴和电机组件32上，在该组件的驱动下同时旋转。每个磁盘18上的数据信息磁道28由可在横贯盘面的径向移动的各相应数据传感磁头34进行读写。一个专用伺服传感磁头36用来只读取由记录在专用伺服信息面24上的伺服信息磁道22所提供的位置信息。

传感磁头34和36安装在一些同轴联接可绕支持轴40同时转动的支臂38上。支臂38中的一根支臂有一段延伸段42，由磁头驱动电机44驱动，绕轴运动。虽然通常有几种驱动结构，电机44有一个与磁铁和磁芯组件（未示出）配合受控运行的线圈46。电机44使传感磁头34和36在径向同步移动，将传感磁头定位，与所要跟踪的磁道柱面28精确对准。

数据利用装置14道常有一个接口处理器50，用来控制要存储在磁盘18上数据扇区30内以备以后访问使用的数据传输。一个伺服处理器52接在接口处理器50、电机32、44以及数据和伺服传感磁头34、36之间。伺服处理器52控制将磁头34和36移动到与一个目标或选定的数据LBA对准的操作和在接口处理器50控制下传输数据的操作。

一般，伺服处理器52以常规方式提供磁盘访问。电机32使磁盘组16旋转。伺服处理器52应用已知的伺服控制原理控制磁头驱动电机44，使数据磁头34相对旋转着的磁盘18径向运动，有选择地对准到需要读写数据的那个磁道柱面28的特定径向位置上。

数据信息磁道28相对伺服信息磁道22会有少许移动，使数据信息磁道28的中心线偏离伺服信息磁道22的中心线。这就要周期性地进行常规的位置误差校正来识别这种不重合程度，否则会引起软、硬数据错差。利用写在多用伺服面24上的伺服磁道22内的伺服信息和写在数据面26上的伺服参考信息，伺服处理器52对电机44实施反馈误差校正控制。

图3为说明在本发明中伺服参考磁道22与写在各数据面0-13上的相应伺服参考磁道R0-R13之间关系的放大图。按照本发明，参考伺服信息R0-R13相对伺服面参考磁道22朝下一个逻辑磁道柱面分别以顺序逐面增大的径向偏移写在各相应的数据磁盘上，而不是象常规情况那样各数据参考伺服磁道与专用伺服面上的伺服参考磁道对准。在格式化操作或制造硬盘驱动器部件12期间，数据磁盘18的每一个磁道柱面28都附有写在离各数据磁道28一定距离的位置上的参考伺服信息磁道R0-R13。

在本发明的这个所示实例中，盘面0的参考磁道R0与专用伺服面24的伺服磁道22对准。每一根相继逻辑的参考磁道R1-R13分别都相对上一根参考磁道朝下一个逻辑磁道柱面偏移或偏置一个磁道柱面的预定份额。在这个优选实例中，预定偏移份额为1/N，其中N为数据面的总数。例如，所示有14个数据面0-13，参考磁道R0与伺服磁道22的中心线对准，参考磁道R1偏离R0  1/14个磁道柱面，参考磁道R2偏离R1  1/14个磁道柱面，而参考磁道R13则偏离R0  13/14个磁道柱面。

为了进行读写操作，就要用对数据信息磁道28进行磁道跟踪来从处在选定的磁道柱面28中的具体相继逻辑数据面0-13上访问顺序相继的LBA。磁道跟踪过程从对相应于一个选定或目标LBA的数据面上选定磁道柱面28的具体一根数据信息磁道28的跟踪开始，对与相继增大的各LBA相应的相继逻辑数据信息磁道28进行跟踪，直至所有数据全被读出或写入为止。在对特定数据面上数据信息磁道28的最后一个扇区完成读写后，就执行磁头切换，从选定磁头柱面28上的扇区0开始在下一个逻辑数据面1-13上读写数据。对于每次磁头切换来说，传感磁头34和36移动了相应一个磁道柱面的1/N的径向距离，也就是移动了在该磁道柱面上二个相继的数据信息磁道28之间的径向距离。

为了适应在选择一个新的磁头时所需的磁头切换时间迟延，用下一个数据面上的第一个扇区来写入数据文件，该扇区相对正在读出的数据面上的现行扇区角度上偏移了一个选定的扇区数。在现知的伺服控制系统中，磁头切换并不需要往向移动传感磁头，因为各伺服参考磁道都是对准的，按常规从现行数据面的最后一个扇区47到下一个数据面的第一个扇区。要有二个扇区的偏移。对于利用本发明的偏移排列的参考磁道R0-R13完成一次磁头切换（包括径向移动传感磁头34和36）来说，常规的二个扇区的偏移提供了足够的迟延。

当读数据面13上现行特定磁道柱面的最后一个扇区47时，就执行对下一个较高的磁道柱面进行一次磁道柱面寻找和对数据面0进行一次磁头切换。传感磁头34在读数据面13上的最后一个扇区时对数据信息磁道28进行磁道跟踪。传感磁头34和36移动了相当于1/N个磁道柱面的径向距离，以便对下一个在数据面0上的下一个较高磁道柱面的数据信息磁道28进行磁道跟踪。

常规上，在执行磁道柱面寻找时，需要比执行一次磁道切换更长的时间延迟，因为传感磁头必需移动一个磁道柱面距离。为了适应较长的磁道到磁道的寻找时间，在数据面0上写数据文件的第一个扇区相对数据面13上的最后一个扇区47要偏移数目多得多的扇区。例如，常规上从数据面13上最后一个扇区47到数据面0上第一个扇区就偏移了20个扇区。

通过偏斜排列相继数据面0-13上各参考磁道R0-R13，从数据面13上最后一个扇区47到数据面0上第一个扇区0也只要偏移二个扇区就可以了。磁道柱面切换需要传感磁头34和36移动的距离与每次磁头切换需要传感磁头34和36移动的距离相同。由于减少了磁道到磁道的寻找时间，对于每个要跨过一个磁道柱面范围的数据传输来说，总数据传输率就得到明显的提高。

图4为说明为了按照本发明的另一种结构将传感磁头34和36定位由伺服处理器52执行的顺序操作的流程图。在这种结构中，每根参考磁道R0-R13当写在各数据面26上时都与伺服信息磁道22对准。顺序操作的开始是伺服处理器52对一个选定的磁道柱面进行识别（方框400）和对在所选定的磁道柱面内的一个选定数据面进行识别（方框402）。然后对于这个所选定的数据面读出最后得到的参考磁道的位置（方框404）。最后得到的参考磁道的位置折算或所选定的磁道柱面离专用伺服面24上伺服磁通22的横距，存入伺服处理器52的存储器。

其次，通过将对于特定数据面0-13的数据面或磁头的编号除以数据面总数N再乘以磁道柱面间距，计算出对于特定数据面所需的偏移量（方框406）。然后，将在方框406算得的所需偏移量加上在方框404识别出的横距（方框408）。于是，按横距与所需偏移量之和移动与特定数据面有关的传感磁头34（方框410）。对于每个磁头切换和一个磁道柱面切换，传感磁头34和36都移动了一个磁道柱面的1/N。

应该理解到，本发明的原则并不限于所示利用专用伺服信息磁道和数据面参考磁道的装置。在埋入扇区伺服或嵌入伺服装置中，伺服信号与数据相同，散布在数据磁道上或数据磁道的正下方。正如本发明所提出的，在这种情况下，提供相继逻辑数据信息磁道的顺序偏移是十分方便的。

虽然已参照所示实例的各部分对本发明作了说明，但这些部分并不对如所附各权利要求规定的本发明范围有所限制。

Claims (17)

1、一种磁盘驱动器数据存储系统，其特征是：

有一组平行安装的盘面，可同时绕一个轴旋转；

每个盘面上至少有一根存储伺服参考信息的伺服参考磁道，各依次相继的数据盘面上的相应所述的伺服参考磁道逐面径向偏置；

有一组存储数据的数据信息磁道，以每个所述盘面上的所述至少一根伺服参考磁道为基准分布在一些予定部分；

装有一组数据传感磁头，可在横贯所述盘面的径向运动，用来读所述伺服参考磁道和对所述数据信息磁道读写数据。

2、如在权利要求1中所提出的磁盘驱动器数据存储系统，其特征是相继数据盘面之间的所述伺服参考磁道径向相隔相邻的数据信息磁道之间的距离的1/N，其中N为数据盘面数。

3、如在权利要求1中所提出的磁盘驱动器数据存储系统，其特征是：在一个第一专用伺服信息盘面上列有一组伺服信息磁道;装有一个与所述数据传感磁头一起在横贯所述第一专用伺服信息盘面的径向上运动的伺服传感磁头，用来读取伺服信息;以及第一个数据盘面上的所述至少一根伺服参考磁道与所述第一专用伺服信息盘面上一根预定伺服信息磁道对准。

4、如在权利要求3中所提出的磁盘驱动器数据存储系统，其特征是：第二个相继数据盘面上所述至少一据伺服参考磁道径向偏离所述第一盘面上所述伺服参考磁道的偏置量为一个磁道柱面距离的预定一部分。

5、如在权利要求1中所提出的磁盘驱动器数据存储系统，其特征是：依次相继的数据盘面之间的径向偏置量是相同的。

6、如在权利要求2中所提出的磁盘驱动器数据存储系统，其特征是：每根所述数据信息磁道在角度上等分成一组数据扇区，这组数据扇区具有相继的逻辑地址编号。

7、如在权利要求6中所提出的磁盘驱动器数据存储系统，其特征是：为了切换磁头访问下一个相继数据盘面，所述传感磁头都径向移动所述1/N距离。

8、如在权利要求7中所提出的磁盘驱动器数据存储系统，其特征是：为了访问下一个相继磁道柱面上的下一根相继的数据信息磁道所述传感磁头都径向移动所述1/N距离。

9、如在权利要求8中所提出的磁盘驱动器数据存储系统，其特征是：为了进行磁头切换和访问所述下一个相继磁道柱面，所述下一个相继数据盘面上的第一个数据扇区均偏移一个预定的数据扇区数。

10、如在权利要求9中所提出的磁盘驱动器数据存储系统，其特征是：所述预定的数据扇区数为2。

11、一种在一个磁盘驱动器件中使数据传感磁头定位的方法，在这个磁盘驱动器件中：有一系列伺服信息磁道排列在一个专用的伺服信息盘面上，有一组（N个）数据盘面，每个都含有一组存储数据的数据信息磁道和至少一根伺服参考磁道，这些盘面平行安装，可绕一根轴同时旋转，有一组相应的数据传感磁头，对所述各数据盘面读写数据，有一个伺服传感磁头，从专用的伺服信息盘面上读伺服信息磁道，伺服和数据传感磁头安装在一起，可以在横贯各盘面的径向上移动，

所述方法的特征是：

在第一个数据盘面上，写一根与专用伺服信息盘面的一根预定伺服信息磁道对准的第一伺服参考磁道;

在以下相继的各数据盘上，分别依次写一根从最后所写的那根伺服参考磁道朝专用伺服信息盘面的下一根伺服信息磁道径向偏置的伺服参考磁道，所述径向偏置等于相邻伺服信息磁道之间的距离的1/N。

12、如在权利要求11中所提出的方法，其特征是：

在切换磁头对下一个相继的数据盘面访问时，将传感磁头径向移动所述距离的1/N。

13、如在权利要求12中所提出的方法，其特征是：

为了访问下一个相继数据盘面上的下一个相继数据磁道柱面，将传感磁头径向移动所述距离的1/N。

14、如在权利要求13中所提出的方法，其特征是：

为了磁头切换和访问所述下一个相继的数据磁道柱面，将下一个相继的数据盘面的第一个扇区的位置从上一个数据盘面的最后一个扇区的位置角度上偏离一个预定的扇区数。

15、一种用于一个磁盘驱动器部件的访问相继逻辑扇区的方法，在所述磁盘驱动器部件中，有一组受驱动后能绕一个轴旋转的数据盘面，在各个所述数据盘面上都列有一组划分为多个数据扇区的数据信息磁道，有一组数据传感磁头，可受控在横贯相应的各所述数据盘面的径向移动，

所述方法的特征是：

将数据传感磁头移动到在一个选定数据面和一个选定磁道柱面上的一个目标逻辑扇区上;

对该目标数据信息磁道进行跟踪，直到访问到该目标数据信息磁道中的最后一个相继逻辑扇区;

将传感磁头径向移动一段预定偏移量，以便访问下一个相继数据盘面上的下一个相继数据信息磁道，再将下一个相继数据盘面上的第一个扇区的位置从现行数据盘面上的最后一个扇区的位置角度上偏移一个预定的扇区数;

对所述受访问的数据信息磁道进行跟踪，直到访问到最后一个相继的逻辑扇区;

对于该选定磁道柱面的各相继逻辑数据盘面重复以上所述的移动传感磁头和跟踪操作;

将传感磁头径向移动所述预定偏移量，以便访问第一个数据盘面上的下一个相继的数据磁道柱面，再将所述第一个数据盘面上的第一个扇区的位置角度上偏移所述预定的扇区数。

16、一种在一个磁盘驱动器部件中使数据传感磁头定位的方法，在所述磁盘驱动器部件中：有一系列伺服信息磁道排列在一个专用的伺服信息盘面上，有一组（N个）数据盘面，每个数据盘面上有一组存储数据的数据信息磁道和至少一根与一根预定伺服信息磁道对准的伺服参考磁道，每根数据信息磁道等分成一组数据扇区，各盘面平行安装，可绕一根轴同时旋转，有一组数据传感磁头分别对各所述数据盘面读写数据，有一个伺服传感磁头从专用伺服信息盘面上读伺服信息磁道，而伺服和数据传感磁头安装成可作横贯盘面的径向移动，

所述方法的特征是：

将一个选定的磁道柱面和一个选定的盘面看作对一个目标逻辑扇区的选定的磁道柱面;

对选定的盘面读出一个参考磁道的位置值;

对识别选定的盘面计算预定偏移量;

对读出值和计算得偏移量求和;

按读出值与偏移量之和移动相应的数据传感磁头。

17、一种磁盘驱动器数据存储系统，其特征

有一组（N个）存储数据和存储伺服参考信息的盘面，所述这些盘面平行安装，可绕一根轴同时旋转;

有一组存储数据的数据信息磁道，在一个数据磁道柱面内的各所述数据信息磁道在相应的顺序相继的数据盘面上逐面径向偏置，偏置量为一个磁道柱面的间距的1/N;

有一组安装成可以在横贯所述盘面的径向上移动的数据传感磁头用来读所述伺服参考信息和对所述数据信息磁道读写数据。

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