CN1145517A - 磁盘存储系统 - Google Patents

Abstract

磁盘存储系统，具有在其中单独设置的写元件和读元件的至少一个双元件头，以及一个在其中形成多个道的盘，其中与写操作有关的地址信息设置在盘上的ID区中，与读操作有关的至少地址信息设置在数据区中，并且所述ID区被设计为使得在与道垂直的方向上偏移于所述数据区，所偏移的量与头的写元件与读元件之间的、与盘的径向位置相应的、在与道垂直的方向上的位置偏移距离大致相等。

Description

磁盘存储系统

本发明总体上涉及一种包括双元件头的磁盘存储系统，其中单独设置用于写数据的元件和用于读数据的元件，更具体地涉及这样一种磁盘存储系统，其中在制造写元件和读元件的平版印刷处理中的布置误差、以及当利用旋转型驱动装置对头进行定位时由于滑块的倾斜而造成的写元件和读元件与道之间的位置偏移误差得以校正，从而增大盘径向的道密度。

磁盘存储系统在旋转的盘的径向上移动头，以便从/向目标扇区的数据区读/写数据。为此，需要利用某种方法或其他方法获得头在磁盘上的精确位置信息。作为已经广泛采用的常规技术，已知一种方法，其中将代表道号的模式和某种特定的交错模式预先写到磁盘上，并且根据两个位置信息将头移动到目标数据所在的位置。在图8所示的现有技术例子的扇区结构的示意图中的伺服区81中设置位置信息。

另外，如图8所示，一般为了确定地向/从目标数据区写/读数据，只在每个数据区83之前，通过间隙区84-2设置具有相应数据区83的地址信息的标识(ID)区82。现在，在向/从数据区83写/读数据的操作之前，从ID区82读出数据，以确定地址信息，从而最终判断是否将头11移动到目标数据区83。上述包括ID区的对头进行定位的技术已经常规地应用在许多磁盘存储系统中的原因是：在向/从目标扇区写/读数据的操作的确定性方面具有高的可靠性。

特别是，近年来，为了增大磁盘存储系统的记录密度，已经采用具有高回读灵敏度的头的技术。例如，将利用铁—镍合金的磁阻效应的MR元件用作为读头的技术已经公知。因为以MR元件为代表的磁阻元件不能执行写操作，所以需要另外设置用于写操作的头。通过线圈电流产生磁场的感应头用作用于写数据的头。结果是，使用分别专用于写操作和读操作的头，因此，一般在用于写操作的头的写元件的位置与用于读操作的头的读元件的位置之间存在偏移。在采用如图9所示的旋转驱动装置的磁盘存储系统中，因为滑块相对于道方向的倾斜在盘的外径或内径的位置变大，该偏移变得尤其明显。在盘的外径处倾斜滑块的例子示于图10。如图中所示，在读元件的中心与写元件的中心之间产生对道方向的垂直偏移。另外，在盘的内径处倾斜滑块的例子示于图11。如图11中所示，在读元件的中心与写元件的中心之间产生偏移，其方向与图10中的方向相反。该偏移在与图10所示的偏移方向相反的方向上产生。

至于用于校正该偏移的技术，例如在JP-A-63-142513和JP-A-4-232610中公开的方法是公知的。那些方法使得在写操作中将头的定位从读操作中的定位改变一个与用于写操作的头的写元件与用于读操作的头的读元件之间的上述位置偏移相应的量，或者预先相对变换两个元件的位置，使得在滑块的中心倾角处读元件与写元件之间的偏移为零。因此，那些方法是增加道密度的有效技术。

然而在上述现有技术中，由于用于写操作的头的写元件与用于读操作的头的读元件之间的偏移，不能稳定地执行在向数据区写数据的操作之前的从ID区读数据的操作。也就是说，如图13所示，解释现有技术中常规写操作中头的位置，在该状态下，写元件121定位于数据道或数据区的中心，以便进行向数据区83写数据的操作，头的读元件120的位置偏移于ID区82的中心。因此，只有执行在将读元件定位于ID区82中心时从ID区读数据的操作之后，才需要在将写元件定位于数据区83中心时向数据域83写数据的操作。然而，因为与数据传送速率相比为了执行精确的定位需要更长时间，所以在实际应用中难于再次在ID区82与数据区83之间的间隙区进行定位。由于写元件的位置与读元件的位置之间的偏移造成的从ID区所读的每位的读错误在特别是超过5KTPI(道每英寸)的道密度时不能保持在容差范围内。因此，在设计磁盘存储系统时这是一个严重的问题。

为了解决上述与现有技术有关的问题，美国专利5,257,149提出两个ID扇区格式方法，其中重复地设置专用于写操作的ID区和专用于读操作的ID区，并且专用于写操作的ID区设置于偏移的位置处，偏移距离是在写元件与读元件之间在垂直于道的方向上偏移距离。在该方法中，有一种不利，尽管有效地解决了在头的写元件与读元件之间的位置偏移的问题，但是过多地占用了盘的存储容量，因为重复地设置了用户不能利用的ID区。

另外，作为在美国专利5,438,559中公开的无ID扇区格式，还提出一种技术，其中没有上述ID区。这种无ID扇区格式是这样的，使得用于唯一识别扇区所需的信息是从道信息和数值中产生的，该道信息是嵌在伺服区中的，该数据是通过从道的开头位置对所经过的扇区的数目进行计数获得的。根据该方法，不产生由于头的写元件与读元件之间的位置偏移造成的问题，因为根本不执行从ID区读数据的操作。然而，因为不能象在此之前所一般使用的那样根据ID区的地址信息确定头是否适当地定位于目标扇区，所以产生一个问题：在向数据区写数据的操作中可靠性差。

因此，希望开发一种新的技术，它在向/从数据区写/读数据的操作之前，能够稳定地执行从ID区读数据的操作，并且不需要占用大量盘存储容量的大量附加信息。

为了达到上述目的，根据本发明，在ID区中设置第一地址信息，在数据区中与用户数据一起设置第二地址信息，并且ID区从道中心垂直偏移一个量，该量大约等于双元件头的写元件与读元件之间、与盘的半径位置相应的、在与道垂直的方向上的偏移距离。于是，当向数据区写数据时，将头的读元件定位于ID区的位置，并且当从数据区读数据时，将头的读元件定位于数据区的道宽方向的位置，从而，在向/从数据道写/读数据的操作中准确地读出地址信息，而没有位置偏移。与垂直偏移距离相关的数据或者以磁的方式存储在盘的表面上，或者以电的方式存储在电路板上的存储元件中。

另外，本发明包括：当难于直接地测量双元件头的写元件与读元件之间的、与盘的半径位置相应的、在与道垂直的方向上的位置偏移距离时，用于利用写元件记录伺服模式、并且用于利用读元件对该伺服模式执行定位的装置，从而非直接地测量写元件与读元件之间的位置偏移量。另外，本发明以这样一种方式设计，使得为了高精度地设置伺服区或ID区，在制造磁盘存储系统的过程中，在伺服道写过程中执行向伺服区或ID区写数据的操作，或者在盘上以非规则模式的形式形成伺服区或ID区。另外，本发明包括一种大型磁阻元件，并且道密度制成等于或大于10KTPI，或者在操作中的冲出阻力制成等于或大于500G，从而提供能够用作图象信息的便携式存储装置的磁盘存储系统。

另外，在向数据区写数据的操作中，在确定从ID区所获得的地址信息是否与数据区的地址信息匹配之后，将地址信息与用户数据一起写到数据区，从而确实地向目标扇区写数据。另一方面，在从数据区读数据的操作中，当从数据区读数据时或者在完成从数据区读数据的操作之后，确定在所读数据中所含的地址信息是否与目标数据区的地址信息匹配，从而从目标扇区确实地读数据。

另外，因为读操作中不需要ID区的信息，所以利用相互不同的代码形成ID地址标记域和数据地址标记域，因而在头查找之后立即执行用于检测数据地址标记域的等待，从而不必在位置偏移状态强制地从ID区读数据。结果是，能够避免产生ID读错误。另外，通过设置用于在头的读元件经过ID区时停止读放大器和数据检测器电路的工作、抑制ID读错误信息的输出、或者当输出ID读错误信号时执行从数据区强制读数据的操作的装置，提供了一种具有低的功耗并具有出色存取性能的磁盘存储系统。

另外，在根据增加到数据区的错误检测代码完成数据读错误的判断和校正之后，确定在所读数据中所含的地址信息是否与目标数据区的地址信息匹配。因此，包括半导体存储器，它具有能够存储两个或更多个数据区的存储容量，并且将从数据区读的数据暂时传送到半导体存储器，从而不必在读操作中插入为了确定地址信息的处理等待时间。另一方案是，将用于检查读地址信息中的错误的错误检测代码插入数据区的中间，从而能够确定地址信息，而不等待从数据区读数据的操作的完成。这样，提供一种能够提高处理速度的磁盘存储系统。

根据本发明，因为在向数据区写数据的操作中，将写元件定位于数据区，从而能够使头的读元件的位置与ID区的位置匹配，能够以足够的信噪比和可靠性获得相应扇区的地址信息。另一方面，在从数据区读数据的操作中，将头的读元件定位于数据区，以从数据区读数据，从而以足够的信噪比和可靠性获得相应扇区的地址信息。因为利用上述操作，能够减小写操作和读操作中的ID错误率，所以能够容易地设计道密度增加的磁盘，因而与常规磁盘存储系统相比，能够显著地增加存储容量。另外，因为也能够减小跟随振动和稳定振动所需的精度，所以能够容易地设计伺服控制系统，能够改进磁盘存储系统中的存取性能。另外，能够提高抵抗在操作中从外界施加的振动的安全性。尤其是，在10KTPI或更高的道密度的磁盘存储系统中，本发明的效果是显著的。

在实现本发明时，必须加到现有技术格式的数据是数据区中的ID信息，大约10字节的信息量对于ID信息是足够的。因此，由于增加ID信息而过多占用的盘存储容量能够保持等于或小于2％。另外，根据本发明，由于平版印刷处理中的布置误差造成的写元件的中心与读元件的中心之间的偏移距离得以校正，从而能够提高头制造的生产量，并且也能显著提高生产率。另外，与数据区中ID信息中所加的错误检测代码不同的代码、和位数被用作ID区中ID信息中所加的错误检测代码，从而，能够尤其提高写操作的可靠性。因此，也能够提供具有500G或更大冲击阻力的为个人所用的便携式磁盘存储系统。

通过参照附图对本发明最佳实施方式的以下描述，本发明的这些和其他目的及优点会更明显。

图1是显示根据本发明的磁盘存储系统的例子的结构的截面图；

图2是部分截取以显示本发明的磁盘存储系统内部结构的平视图；

图3是显示本发明的扇区结构的一个例子的结构的示意图；

图4是显示本发明中伺服区的一个例子的结构的示意图；

图5是显示本发明中ID区的一个例子的结构的示意图；

图6是显示本发明中数据区的一个例子的结构的示意图；

图7是显示本发明中数据区的另一个例子的结构的示意图；

图8是显示现有技术的扇区结构的示意图；

图9是用于解释根据驱动装置的位置而倾斜滑块的平视图；

图10是用于解释在磁盘的外径位置滑块倾斜的示意图；

图11是用于解释在磁盘的内径位置滑块倾斜的示意图；

图12是用于解释在本发明的写操作中头位置的示意图；

图13是用于解释在现有技术的写操作中头位置的示意图；

图14是用于解释在本发明的读操作中头位置的示意图；

图15是用于解释在现有技术的读操作中头位置的示意图；

图16是用于解释在写/读操作流程的流程图；以及

图17是显示根据本发明的电路的一个例子的结构的框图。

下面参照附图详细描述本发明的最佳实施方式。

<第一实施方式>

下面参照附图描述根据本发明的磁盘存储系统的第一个实施方式。图1是显示本磁盘存储系统的示意结构的截面图，图2是从上侧看本系统一部分时的平视图。本实施方式的磁盘存储系统包括一个双元件头11，它具一个作为写元件的感应元件和一个作为读元件的磁阻元件；以及一个旋转驱动装置12；并且以这样一种方式设计，使得利用嵌在每个磁盘13数据表面中的位置信息执行所嵌入的伺服。在执行写操作或读操作期间，根据CPU(中央处理部件)所发出的指令向音圈电机14加电，使得通过旋转驱动装置12将双元件头11移动到目标道15上。之后，利用读/写电路检索目标扇区的地址，然后执行向数据域写数据的操作或者从数据域读数据的操作。

在本发明中，为了校正头的写元件与读元件之间的位置偏移，构造下述扇区格式。在盘上所形成的四个相邻道15中的四个扇区的结构的一个例子以示意图的形式示于图3。该结构使得在每个扇区之前或之后还设置多个不同的扇区，因此一个道具有多个扇区。一个扇区能够存储512字节的数据，作为存储信息的最小单位。

一个扇区包括一个伺服区31、一个ID区32和一个数据区33。在各区之间，以及在当前扇区和后续扇区之间，设置一个间隙区34，用作缓冲控制器处理时间和主轴速度变化的间隙。各区通过间隙区34相互分开，并且间隙区34的长度可以是几个字节或更多。下面详细描述每个区的结构。

伺服区31的结构和作用基本上与显示图8中所示常规扇区结构的示意图中的伺服区81的结构和作用相同。在图4中，示意性地示出伺服区31的结构。该伺服区31包括一个增益带域44、一个标记域41、一个葛莱码域42、一个伺服突发串域43和一个填充(PAD)域44。增益带域44是一个用于产生伺服时钟和调节读放大器增益的域。标记域41是一个当引导相继信息及产生索引脉冲和选择器脉冲时用于执行电压控制振荡器(VCO)同步的域。葛莱码域42是一个其中利用葛莱码代表道号的域。伺服突发串域43包括一个交错的模式，并用于对四个域43-1至43-4的读信号幅度进行相互比较以产生头的位置信息。

现在，虽然所示的例子中伺服突发串域43的宽度与道间距(道间隔)相同，但是伺服突发串域43的宽度从定位精度来看最好窄于道间距。例如，因为如果将伺服突发串域43的宽度设为大约是道间距的70％，则由于头的偏道剖面的非线性造成的头定位误差能够保持最小，从而这是尤其可取的。

设置ID区32，以便确定在向数据域33写数据的操作之前执行读操作，并且将头的写元件适当地定位于目标扇区。在图5中，示意性地显示ID区32的结构。ID区32的功能与图8所示现有技术例子的扇区中的ID区82的功能不同，并且用作专用于向数据区33写数据的操作的ID信息，因而在从数据区33读数据的操作中并不使用。另外，ID区32所在的在与道方向垂直的方向上偏移于道(数据区)的中心位置。偏移距离依据道位置而互不相同。更特别地，与利用旋转驱动装置执行定位操作时在头的写元件的中心与读元件的中心之间的偏移相同的偏移距离是最佳的距离。ID区32的结构基本上与图8中所示的现有技术例子的ID区82的结构相同，并且包括一个VCO同步域50、一个ID地址标记域51、一个ID数据域52、一个循环冗余校验(CRC)域53和一个PAD域54。VCO同步域50是一个用于牵引VCO的振荡频率以建立时钟同步和用于调节读放大器的增益的域。ID地址标记域51是一个其中形成特定位模式以便展现后继信息的开始位置以执行读操作的同步的域。ID数据域52包括相关扇区的柱面号、头号和一个作为附加信息(如扇区号和坏扇区)的标志。CRC域53是一个为了检测在从ID区32读数据的操作中是否产生错误而增加的域。PAD域54是一个为了执行读操作直至CRC域而增加的域。

数据区33是一个用于存储用户数据的区，并且与伺服区31和ID区32相比占用盘上更多的区域。数据区33的结构示意性地示于图6。该数据区33除了图8中所示的现有技术例子的数据区83的功能之外，具有一种确定是否已经适当地执行了从目标扇区读数据的操作的功能。该功能是一种为了处理在从数据区读数据的操作期间未执行对ID区的读操作而增加的功能，因而用作专用于读操作的ID信息。为此，该功能是这样的，使得将用于唯一地识别扇区的ID信息增加到现有技术例子的数据区83的结构中。作为这种信息，采用数据行，它与ID区32的ID数据域52实际上是相同的。当向数据区33写数据时，连续地向ID数据域62和数据域63写该数据。数据区33包括一个VCO同步域60、一个数据地址标记域61、一个ID数据域62、一个数据域63、一个ECC域64和一个PAD域65。VCO同步域60、数据地址标记域61、ID数据域62、ECC域64和PAD域65的功能分别与上述ID区32的VCO同步域50、ID地址标记域51、ID数据域52、CRC域53和PAD域54相同。数据域63占用512字节数据，用户将该数据存储在磁盘存储系统中。

下面，参照图12描述当执行向本发明的扇区写数据的操作时在头与道之间的位置关系。在写操作中，执行头的定位，以便使头的写元件121的位置与数据区33的中心匹配。因为预先将ID区32偏移道中心一个与写元件与读元件之间的偏移距离相应的量，所以在那一位置的头的读元件120与ID区32的中心一致。根据该位置关系，能够在向数据区33写数据的操作之前执行从ID区32读数据的操作，而没有头与道的不良对准，并且能够确实地确定地址信息。另外，在从ID区32读数据之后，能够立即向数据区写数据，而不校正头的位置。

图14是用于解释当对本发明的扇区执行读操作时在头与道之间的位置关系的示意图。在读操作中，对头进行定位，使得头的读元件120的位置与数据区33的中心一致。在该位置关系中，头的读元件120偏移ID区32的中心。然而，在本发明的读操作中不需要ID区32的信息，因此能够去掉使读元件120偏移ID区32的中心从ID区32读数据的步骤。因为用于确定目标扇区所需的地址信息包含在数据区33中，所以能够执行读操作，而没有头与道的不良对准。

通过采用本发明的格式，即使在写操作中头的定位位置从读操作中头的定位位置改变，因为总是能够读出地址信息而无位置偏移，所以能够大大降低地址检测错误，从而能够实现高性能的磁盘存储系统。

在盘区使用效率上，本发明的格式极大地优于美国专利5,257,149中所公开的具有双ID信息的2ID格式。在2ID格式中，因为专用于写操作的ID区和专用于读操作的ID区中的每一个需要VCO同步域、CRC域、PAD域和间隙域，每个扇区需要大约50字节的过多存储容量。然而，在本发明中，因为用于读操作的ID区是与数据区一起处理的，所以根本不需要上述域，因而每个扇区只增加10字节或更少的存储容量。

如在上述实施方式中所述，在包括其中单独设置写元件和读元件的双元件头的磁盘存储系统中，本发明提供一种极大降低上述在写元件与读元件之间的位置偏移距离的方法。利用这种关系，本发明能够广泛地应用于利用双元件头存储具有扇区格式的信息的系统。例如，本发明也能够容易地应用于如磁光盘驱动器、磁带驱动器和磁光带驱动器这样的信息存储装置。

<第二实施方式>

在常规磁盘存储系统中，在写操作和读操作中，为了判断头已经移动到目标扇区，从ID区82中读先前记录在盘上的数据，对ID区82中所含的地址信息与目标扇区的地址信息进行比较，并且确定它们之间的一致性。另一方面，在本发明的磁盘存储系统中，在上述确定地址信息的操作中，对写操作和读操作使用记录在盘上不同位置的数据。即，在写操作中，从ID区32的所读数据中产生地址信息，而在读操作中，从数据区33的所读数据中产生地址信息。下面参照图16的流程图描述本发明的磁盘存储系统中对某一扇区的写操作的处理的流程。在根据伺服区31的位置信息执行头11的寻找操作(步骤3)之后，控制器开始从ID区32读数据的操作，并等待检测ID地址标记域51(步骤4)。在完成从ID区32读数据的操作(步骤5)和利用ID区32的CRC域53执行错误检验(步骤6)之后，确定ID数据域52的信息是否与目标扇区的地址信息匹配(步骤7)。然后，如果确定匹配，则开始向数据区33写数据的操作。之后，对VCO同步域(步骤8)、数据地址标记域61(步骤9)、ID数据域62(步骤10)、数据域63(步骤11)、ECC域64(步骤12)和PAD域65(步骤13)以该次序执行写操作，从而完成对一个扇区的写操作。

下面，对某一扇区的读操作的处理流程进行描述。在执行头11的寻找操作(步骤3)之后，控制器立即执行从数据区33读数据的操作。即，控制器并不等待检测ID地址标记域51，而等待检测数据地址标记域61(步骤4)。在完成从数据区33读数据(步骤5)和执行利用数据区的ECC域64的错误检验(步骤6)的操作之后，确定ID数据域62的信息是否与目标扇区的地址信息匹配(步骤7)，从而完成对一个扇区的读操作。

以这种方式，在写操作和读操作中适当地使用两个不同的地址信息，由此在写操作和读操作中能够独立地检测地址信息。即使某一扇区的ID区的信息由于任何原因丢失，因为地址信息包含在数据区中，所以也能够判断所读数据是否是从目标扇区获得的，并且因此能够利用与正常操作中相同的处理读出那一扇区的数据。另外，甚至当某一扇区的数据区的信息由于任何原因丢失而曾经登记为坏扇区时，如果能够从ID区适当地读数据，则将该数据写入数据区以恢复那一数据区，因而能够将那数据区利用为正常扇区。另外，对于与两个地址信息有关的错误检验码采用不同的编码方案，并且对其采用具有不同长度的错误检验位流，因而能够原始设计在写操作和读操作中当检测地址信息时的错误率。例如，通过加强写操作中的错误检测，能够设计写操作中的更高可靠性。

如上所述，在本实施方式中，能够执行与图8所示常规格式大致相同的数据处理。因此，能够采用本实施方式而不对常规控制电路、地址标记检测器电路等进行大的变动，因此采用本发明花费不大。

另外，本实施方式尤其和第一实施方式结合起来，从而能够实现高性能磁盘存储系统。在该情形下，即使写操作中的定位位置与读操作中的定位位置有所改变，也总是能够从与位置偏移无关的所读信号中获得地址信息，也能够实现高性能磁盘存储系统，其中增加了道方向上的存储密度，而增大存储容量。

<第三实施方式>

下面将参照图17描述将本发明应用到系统中的磁盘存储系统的一个实施方式。在由磁头11从磁盘13所读出的所读数据由头放大器170放大并送到均衡器171中进行波形整形后，所得信号在峰值检测器电路172中转换为数字信号。在该数字信号中获得用于执行时钟同步的VCO同步域的信号及类似信号，从而为了识别后继数据的开始，需要检测作为特定位模式的地址标记域。在常规磁盘存储系统中，甚至在写操作和读操作中，也检测ID地址标记域并从后继ID数据域读出数据。

本发明的磁盘存储系统的特征在于：在写操作中，由ID地址标记检测器电路175检测ID地址标记域51，并且从后继ID数据域52读出数据。在读操作中，由数据地址标记检测器电路176检测数据地址标记域61，并且从后继数据域62读出数据。以这种方式，对于写操作和读操作适当地使用两个不同的地址标记域，因而能够在写操作和读操作中独立地检测地址标记域。在常规磁盘存储系统中，在寻找并将头精确地定位在ID区82以成功地检测到ID地址标记域之后，才能进行从数据区83读数据的处理。通过将本发明应用到磁盘存储系统，甚至在寻找之后由于头的位置偏移未能检测到ID地址标记域51的情况下，也能进行从数据区33读数据的处理，因此能够提高系统性能。另外，因为在写操作和读操作中能够分别独立地检测ID地址标记域51和数据地址标记域61，所以能够自由地设计两个地址标记域之间的位置关系。当将本实施方式与第一实施方式结合时，这种效果是特别可取的。因此，即使写操作中的定位位置同读操作中的定位位置有所改变，也总是能够从与位置偏移无关的所读信号中检测到地址标记域，因而能够实现高性能磁盘存储系统，其中增加了在道方向上的记录密度而增大了存储容量。

<第四实施方式>

在本实施方式中，将对第一实施方式中所描述的磁盘存储系统进行描述，该系统包括用于在写操作和读操作中对头的定位目标进行偏移的装置，所述系统的特征在于包括：用于将写操作和读操作中头的位置偏移量(校正量)的数据预先记录在磁盘的引导道中、并且在接通磁盘存储系统电源时读出该数据以便在后继寻找操作中使用如此读出的数据的装置。

由于平版印刷工艺中的布置误差等，写操作和读操作中头的偏移量的上述数据取决于系统、头和道具有不同的最佳值，因此难于通过计算从滑块的偏角(滑块相对于道的倾斜角)和头的写元件与读元件之间的距离精确地获得。为了通过增加定位精度实现具有高道密度的磁盘存储系统，该系统最好包括在提货之前利用任何方法测量位置偏移量并将所得数据存储在系统自身中的功能。现在，当在根据第一实施方式进行试验的磁盘存储系统中执行向某一道写数据的操作然后从该道读出数据时，在读数据时的错误率大于十的负六次方。另一方面，当将本发明应用于该系统，并根据盘表面上所存储的位置偏移量执行与上述相同的操作时，错误率变成小于十的负九次方的一个值，因而该结果满足系统要求的错误率。

作为与上述例子不同的保持偏移数据的方法，可以将偏移数据存储在磁盘存储系统的电路板上所设置的几种非易失性存储器(如PROM，EEPROM，介电(dielectrical)存储器等)中。在该情形下，无论采用哪种存储装置，对系统的定位精度都能获得相同的效果。在将头的位置偏移量的数据记录在盘表面的第一种方法中，可以执行修复工作，使得从机械部分拆下磁盘存储系统的电路板，换以另一块电路板。另外，在将头的位置偏移量的数据存储在电路板上所安装的非易失性存储器中的第二种方法中，因为当启动系统时能够缩短从引导道读数据的工作所需的时间，所以当启动磁盘存储系统时能够获得出色的响应。

<第五实施方式>

在本实施方式中，将对第一实施方式中所描述的磁盘存储系统进行描述，该系统包括用于在写操作和读操作中对头的定位目标进行偏移的装置，所述系统的特征在于包括：用于对在制造该系统的过程中对写操作和读操作中头的位置偏移量的数据进行测量的装置。根据该偏移数据执行寻找和跟随操作，因而能够减小或忽略头与道中心之间的位置偏移的距离。

为了达到上述目的，在寻找操作之前，需要确定头的定位目标的偏移数据。为了简单地实现该过程，能够根据头的写元件与读元件之间的偏移的设计值、以及滑块偏角(滑块相对于道倾斜的角)的数据计算粗略估计的值。但是，为了有效地吸收在头、驱动装置和主轴电机之间位置关系的处理误差和制造头时的元件位置误差，最好为每个待确定的头测量偏移数据的最佳值。

尽管可以考虑各种处理作为测量方法，但是作为一个实施方式，能够采用磁盘存储系统的生产线的伺服道写处理。更具体地，在利用做到产品中的头的写元件已经将伺服模式记录之后，利用同一头的读元件执行对该伺服模式的跟随，并且将该位置作为第一头位置。然后，以第一头位置为基准记录用于测量的第二伺服模式，并且将通过执行对第二伺服模式进行跟随而获得的位置作为第二头位置。第一头位置与第二头位置之间的差成为执行测量处道位置的偏移数据。现在，在根据第一实施方式做试验的磁盘存储系统中，将数据写入数据区33，根据Bitter方法测量伺服区31中所示的道的中心与数据区33的中心之间的径向偏移的距离。首先，在根据由计算而获得的偏移数据将数据写入数据区的情形下，在宽部分中道偏移距离大约为0.5微米。另一方面，当应用本发明，并且根据利用伺服写处理通过测量而获得的偏移数据执行与上述相同的操作时，在宽部分中道偏移距离为0.1微米或更小。尤其是，在如MR头所代表的头操作中需要感测电流的头的情形下，一般地，读元件的物理中心与读磁信息时的回读灵敏度中心不同。为了校正该中心偏移的影响，最好应用本发明，并且利用头自身的读元件测量利用每个头的写元件所产生的模式。

该测量是在从外围到内围的几个道中执行的，从而能够获得足以校正各种错误的偏移数据。不必对所有道执行这种测量。每个其他道的位置偏移量，可以通过根据对少数道的测量所获得的测量值的线性逼近获得。

尽管作为测量偏移数据的方法，可以考虑与上述实施方式不同的许多手段，但是在本发明中，偏移数据是利用单个头本身的写元件和读元件测量的，因而本发明不限于利用伺服道写处理的上述实施方式。

<第六实施方式>

在本实施方式中，下面给出对第一实施方式中所描述的磁盘存储系统的描述，其中ID区32径向偏移于数据区33的中心，所述系统的特征在于包括：用于在制造该系统的过程中在伺服道写处理中将数据写到ID区32或数据区33的装置。另外，现在将给出这种磁盘存储系统的描述，该系统的特征在于包括：用于预先将数据以表面凹凸(surfac asperity)的形式写到ID区32或数据区33的装置，作为第二实施方式。

上述偏移量的最佳值随系统的不同、头的不同和道的不同而变化。尤其是，在道间距为2微米或更小的磁盘存储系统中，为了满足系统错误率的要求，需要以非常高的精度设定ID区32与数据区33之间的偏移距离。为了达到该目的，例如，在将部件组装到磁盘存储系统中之后，根据伺服区31的位置信息执行头的定位，并且在每道上自动地执行向ID区32写数据的操作。然而，在具有增加的道密度的磁盘存储系统中，有这种可能，难于确保偏移距离的精度，并且由于产生ID读错误，系统吞吐量可能降低。

在本实施方式中，在磁盘存储系统的生产线上，在将磁盘13安装到磁盘存储系统16的级中，在伺服道写处理中将数据写到ID区32和伺服区31，从而能够进行更适当的设置。因为在本实施方式中采用现有制造系统，所以能够相对容易地将本实施方式引进到该产品的制造过程中。另一方案是，为了形成更高精度的模式，可以利用用于以高精度记录信息的系统将所需数据记录在磁盘上，在该系统中安装空气主轴、空气滑块等。

另外，作为第二实施方式，通过利用在半导体制造中广泛使用的光刻技术，利用高精度制造的刻线对已经加到盘上的抗蚀树脂曝光，以表面凹凸的形式在盘上形成伺服区31，从而能够实现高分辨率的伺服模式。此时，也通过相同的曝光处理在盘上以表面凹凸的形式预先形成ID区32，从而能够显著地提高ID区32的偏移距离的精度。本实施方式尤其适用于具有一块自含式磁盘的薄型磁盘存储系统。

<第七实施方式>

在本实施方式中，下面将给出对具有大型磁阻元件作为头的读元件的磁盘存储系统的描述，其中磁阻的改变率通过磁膜的多层结构得以增加，并且具有10KTPI(道每英寸)或更高的径向道密度。

在第一实施方式中所述的磁盘存储系统中，利用如铁镍合金这样的坡莫合金的磁阻效应的MR元件用作头的读元件。对于这个磁盘存储系统，当形成具有超出10KTPI道密度的模式时，上述偏移ID区的读信号的强度变弱，并且数据的错误率变得大于十的负七次方。因此，不满足系统的设计要求。于是，在本实施方式中，在道密度设为11KTPI的磁盘存储系统中，采用这种头，其中利用磁膜的多层结构增加了磁阻的改变率，并且读操作的灵敏度大约为MR元件的六倍。采用这种系统，当执行从ID区读数据的操作时，能够获得具有足够强度的读信号，也能适当地检测地址信息。因此，满足系统的设计要求。另外，通过将道密度做成等于或大于10KTPI，可将采用1.8英寸直径的盘的系统的存储容量做成等于或大于500M字节。利用MPEG2的活动画面压缩码，该磁盘存储系统能够记录大约一小时的活动画面，从而能够将其制成使携式图象/画面存储系统。

<第八实施方式>

在本实施方式中，下面将给出对第一实施方式中所述的磁盘存储系统的描述，其中ID区33在盘的径向上偏移于数据区33的中心，所述系统的特征在于在操作中冲击阻力性能等于或大于500G。

通过提高操作中的冲击阻力性能，能够极大地改进磁盘存储系统的可靠性。尤其是，在执行写操作期间，系统受到外界的冲击，使得头从目标数据道偏移，覆写相邻道的数据是极大降低磁盘存储系统可靠性的重要起因之一。

在常规磁盘存储系统中，当执行写操作时，在已经执行头寻找之后，插入为显著衰减头的稳定振动所需的等待时间周期。另外，在公开于JP-A-05-174498(相应于美国专利5,438,559)的省去任何ID区的无ID格式中，因为用于确定头已经定位于目标扇区的装置与采用图8所示常规格式的处理方法不同，具体地，存在插入到写操作中的等待时间周期变长的可能。

采用本发明的格式，ID区32的ID信息是先于写操作而确定的，并且在操作中冲击阻力性能做成等于或大于500G，因而，能够在定位精度的范围内设置余地。因此，不需要为了等待稳定振动衰减而允许的范围所需的过多时间周期，从而能够缩短寻找时间。由于上述原因，能够提供数据可靠性和取存性能都优于采用图5所示常规格式例子的系统的磁盘存储系统。

尤其是，在第七实施方式中所描述的道密度为10KTPI或更高的磁盘存储系统中，头的写元件与读元件之间的偏移距离大于道间距。因此，通过将第七实施方式与本实施方式结合，能够提供更高性能的磁盘存储系统。

<第九实施方式>

在本实施方式中，下面将给出对第三实施方式中所述的磁盘存储系统的描述，在写操作和读操作中分别从ID区32和数据区33读数据，以判断头寻找的完成，所述系统的特征在于：利用相互不同的码形成ID地址标记域51和数据地址标记域61。

在本发明的磁盘存储系统中，在读操作中，需要数据区33的数据，因而根本不需要ID区32的数据。相反，在写操作中，需要ID32的数据，因而根本不需要数据区33的数据。因此，允许与ID区32和数据区33的设置有关的位置偏移，从而在读操作时的头位置中不能基本适当地从ID区32读出数据。但是，如果滑块与数据道之间的斜角满足根据驱动装置角度的特定条件，则可以适当地从ID区32和数据区33读出数据。在该情形下，需要用于判断所读数据是与ID区32相应还是与数据区33相应的装置。在本发明中，通过不同位流分别形成加到ID区32和数据区33的地址标记域51和52，从而，如果仅访问读数据流中的地址标记域，则能够判断所读数据是与ID区32相应还是与数据区33相应。因此，在两个地址标记域是利用相同的位流形成的情形下，为了判断所读数据是与ID区32相应还是与数据区33相应，伴随执行管理时序的处理。

在本实施方式的磁盘存储系统中，在上述处理的一部分中，在CPU上使用一个程序。首先，利用硬件将已经从磁盘读的数据暂时传送到高速缓冲存储器。CPU根据自含的程序访问高速缓冲存储器中的数据流，并读与地址标记域相应的数据。然后，对如此所读的数据与先前准备的地址标记域的位流比较，从而判断在高速缓冲存储器中的所读数据是与ID区相应还是与数据区相应。

另外，也考虑第二实施方式，其中上述处理系列由硬件执行。在该情形下，配置一个电路，它用于当所读串行数据输入到移位寄存器，并且串行数据与先前准备的地址标记域的位流匹配时，使地址标记发现(AMF)信号有效，从而能够实现与上述实施方式中相同的处理。在该第二实施方式中，减轻了CPU的负担，并执行高速处理，从而能够提供更佳磁盘存储系统。

<第十实施方式>

在本实施方式中，下面将给出对第三实施方式中所述的磁盘存储系统的描述，用于在写操作和读操作中分别从ID区32和数据区33读数据，以判断头寻找的完成，所述系统的特征在于停止ID区32中的一部分读电电路。

本发明的磁盘存储系统可以规定在读操作中，需要数据区33的数据，而根本不需要ID区32的数据。因此，对于头的读元件通过ID区32所需的时间周期，停止一部分读电路的工作，因而系统的平均功耗能够降低百分之几。

现在，根据包括直径为2.5英寸的磁盘的磁盘存储系统进行试验，测量系统的平均功耗。首先，当如在现有技术例子中那样连续执行读操作时，系统的平均功耗大约为2.08瓦。接着，当采用本发明时，在如上所述的读操作期间，在ID数据域32中停止读电路的工作，系统的平均功耗大约为1.97瓦。因此，能够提供更节省功率的磁盘存储系统，因此能够增加支持电池驱动的便携式信息系统的连续使用时间。

<第十一实施方式>

在本实施方式中，下面将给出对第三实施方式中所述的磁盘存储系统的描述，用于在写操作和读操作中分别从ID区32和数据区33读数据，以判断头寻找的完成，所述系统的特征在于包括用于暂时存储所读信息的半导体存储器。

根据本发明，用于判断头是否已经定位于目标扇区的装置由写操作和读操作中的不同装置替代，从而允许与ID区32和数据区33的设置有关的位置偏移，并提供高性能磁盘存储系统。尤其是，在读操作中，确定目标扇区的地址信息与从其中已经读数据的数据区33中所含的地址信息匹配，因而判断是否适当地从目标扇区读数据。此时，ID数据域62和数据域63连续地包含在所读数据中，并且对两个域62和63，都仅由一个ECC域64执行错误校正。在该关系下，从ID数据域62的信息可靠性的角度看，最好在利用ECC域64完成错误校正之后，确定ID数据域62的信息。然而，ECC域64设置在数据区的最后，所以在利用ECC域64完成错误校正之后能够确定寻找操作完成的时刻大约等于已经完成从一个扇区读数据的操作时的时序。延迟对寻找操作完成的确定，造成降低系统的存取性能。

采用本实施方式，并且设置用于暂时存储所读数据的半导体存储器，从而，即使在已经完成从一个扇区读数据的操作之后确定寻找操作完成，也能够避免降低系统的存取性能。

<第十二实施方式>

在本实施方式中，下面将给出对第三实施方式中所述的磁盘存储系统的描述，用于在写操作和读操作中分别从ID区32和数据区33读数据，以判断头寻找操作的完成，所述系统的特征在于在数据域中设置两个用于错误校正的错误检验域，参看图7。

在第三实施方式中所示的磁盘存储系统中，确定ID数据域62的地址信息，并且在已经完成从数据区33读数据的操作之后，判断已经完成寻找操作。从磁盘存储系统的性能角度看，最好在尽可能早的时序确定地址信息。为了达到该目的，在本实施方式中，如图7所示，除与常规错误检测码相应的ECC域72之外，设置一个CRC域71，作为与ID数据域62相关的第二错误检测域。此时数据区33的结构包括两个错误校正码，如图7所示。然而，对于那些错误校正码，不必与上述例子类似地采用与称为ECC和CRC的错误校正的代码方案相同的代码方案。因此，能够根据各个系统唯一地设计那些错误校正码。

通过采用该结构，即使不等待从数据区33读数据的操作的完成，也能够在已经执行对ID数据域62和CRC域71的读操作的时刻，确定ID数据域62的地址信息并判断寻找操作的完成。因为在利用ECC域72进行错误检验之前能够确定ID信息，所以能够更迅速地执行读处理，也能够提供存取性能出色的高性能磁盘存储系统。

另外，因为设置专用于ID数据域62的错误校正码，所以能够在ID数据域62中独立地执行错误检测和校正。因此，校正错误的能力能够设为与数据域63不同的级。尤其是，调节CRC域71的位长度，使得加强校正错误的能力，从而能够确定地获得ID数据域62的地址信息，因而能够提供更高可靠性的磁盘存储系统。

<第十三实施方式>

在本实施方式中，下面将给出对磁盘存储系统的描述，该系统用于在写操作和读操作中分别从ID区32和数据区33读数据，以判断头寻找操作的完成，如在第三实施方式中所述，所述系统的特征在于：从数据区读数据，而在读操作中使ID错误信号的输出固定为断开，或者忽视ID错误信号的输出。

采用本发明的格式的磁盘存储系统的特征在于：在读操作的处理中，不需要从ID区读数据。在利用本发明执行读操作的情形下，在许多情形中，如图14所示，头的读元件120的位置偏移于ID区32的道的中心。在该位置关系下，当类似于常规磁盘存储系统对ID区32执行读操作时，输出ID读错误信号并且处理为重试操作的可能性增大，因为不能检测VCO同步域50，不能检测ID地址标记域51，不能利用CRC域53进行错误校正，ID数据域52的信息不与目标扇区的地址信息匹配，等等。

为避免该现象的发生，在本实施方式的磁盘存储系统中，在读操作期间，将ID读错误信号固定为断开。因此，因为控制器能够对数据区33连续执行读操作，并且不产生过多的重试操作，所以改进了磁盘存储系统的存取性能。另外，当将头定于ID区32时由控制器进行处理时，不必重写常规控制器的微程序，因此本实施方式能够容易地引入到产品中。

另外，作为达到该目的的第二实施方式，能够考虑一种方法，其中甚至在读操作中输出ID读错误信号的情形下，忽视ID读错误信号的输出，并连续执行读操作。在该情形下，该方法能够以这样一种方式实现，使得重写控制器的微程序，使得在读操作中不在其中取ID读错误信号。在该第二实施方式中，因为不必改变任何电路部分，所以第二实施方式能够容易地引入到产品中。另外，因为能够抑制由于ID读错误的出现造成的重试操作，所以能够提供能够提高读操作中存取性能的磁盘存储系统。

如上所述，根据本发明，在采用双元件头的磁盘存储系统中，其中写元件和读元件是单独设置的，分别设置专用于写操作的ID信息和专用于读操作的ID信息，从而能够校正在制造写元件和读元件中在平版印刷处理中的布置误差，以及当利用旋转驱动装置执行定位时由于滑块的倾斜靠成的写元件和读元件与道之间的位置偏移的误差，因此，能够提高磁盘存储系统的高性能。

虽然已经以最佳实施方式描述了本发明，但是可以理解到，这些文字只是用于说明的目的，而不是限制，在所附权利要求的范围内可以改变，而不背移本发明的范围和实质。

Claims (23)

1.磁盘存储系统，具有在其中单独设置的写元件(121)和读元件(120)的至少一个双元件头(11)，以及一个在其中形成多个道(15)的盘(13)，其中与写操作有关的地址信息设置在盘上的ID区(32)中，与读操作有关的至少地址信息设置在数据区(33)中，并且所述ID区被设计为使得在与道垂直的方向上偏移于所述数据区，所偏移的量与头的写元件与读元件之间的、与盘的径向位置相应的、在与道垂直的方向上的位置偏移距离大致相等。

2.根据权利要求1的磁盘存储系统，其中在向所述数据区写数据的操作中，对头进行定位，使得写元件的位置在与道垂直的方向上与所述数据区的中心基本匹配，并且在从数据区读数据的操作中，对头进行定位，使得读元件的位置在道宽度方向上与所述数据区的中心基本匹配。

3.根据权利要求2的磁盘存储系统，其中写元件与读元件之间的在与道垂直的方向上的位置偏移距离是以磁的方式写到盘表面或以电的方式写到在所述磁盘存储系统自身所含的存储装置中的，并且根据该位置偏移距离，对头进行定位。

4.根据权利要求2的磁盘存储系统，其中确定所述ID区与数据区之间的、与盘的径向位置相应的、在与道垂直的方向上的偏移距离的步骤包括利用在产品中所含的头将一种模式记录在产品中所含的盘上的步骤，以及利用产品中所含的头对该模式执行定位的步骤。

5.根据权利要求1的磁盘存储系统，其中在所述磁盘存储系统的工厂中，在伺服道写处理中，将数据写到每道或预定道的伺服区(31)或所述ID区中。

6.根据权利要求1的磁盘存储系统，其中将数据以盘表面凹凸的形式预先写到所述伺服区或ID区，并且以磁或光的形式从不规则模式中读数据。

7.根据权利要求1的磁盘存储系统，其中所述至少一个双元件头包括具有在其上单独设置的写元件和读元件的至少一个双元件头，其中读元件是由至少两层或多层的多层磁膜制成的大型磁阻元件，并且在盘上形成的多个道中，盘的径向上的道密度等于或大于10KTPI。

8.根据权利要求1的磁盘存储系统，其中在操作中的冲击阻力等于或大于500G。

9.磁盘存储系统，具有在其中单独设置的写元件(121)和读元件(120)的至少一个双元件头(11)，以及一个在其中形成多个道(15)的盘(13)，其中将多个道分为多个扇区，并且多个扇区中的每一个具有至少一个数据区(33)并可以具有一个ID区(32)，所述ID区和所述数据区中的每一个包括相应扇区的地址信息，并且所述ID区被设计为使得在与道垂直的方向上偏移于所述数据区，所偏移的量与写元件与读元件之间的、与盘的径向位置相应的、在与道垂直的方向上的位置偏移距离大致相等。

10.根据权利要求9的磁盘存储系统，其中在向所述数据区写数据的操作中，对头进行定位，使得写元件的位置在道宽度方向上与所述数据区的中心基本匹配，并且在从数据区读数据的操作中，对头进行定位，使得读元件的位置在道宽度方向上与所述数据区的中心基本匹配。

11.根据权利要求10的磁盘存储系统，其中写元件与读元件之间的在与道垂直的方向上的位置偏移距离是以磁的方式写到盘表面或以电的方式写到在所述磁盘存储系统自身所含的存储装置中的，并且根据该位置偏移距离，对头进行定位。

12.根据权利要求10的磁盘存储系统，其中确定所述ID区与数据区之间的、与盘的径向位置相应的、在与道垂直的方向上的偏移距离的步骤包括利用在产品中所含的头将一种模式记录在产品中所含的盘上的步骤，以及利用产品中所含的头对该模式执行定位的步骤。

13.根据权利要求9的磁盘存储系统，其中在所述磁盘存储系统的工厂中，在伺服道写处理中，将数据写到每道或预定道的伺服区(31)或所述ID区中。

14.根据权利要求9的磁盘存储系统，其中将数据以盘表面凹凸的形式预先写到所述伺服区或ID区，并且以磁或光的形式从不规则模式中读数据。

15.根据权利要求9的磁盘存储系统，其中所述至少一个双元件头包括具有在其上单独设置的写元件和读元件的至少一个双元件头，其中读元件是由至少两层或多层的多层磁膜制成的大型磁阻元件，并且在盘上形成的多个道中，盘的径向上的道密度等于或大于10KTPI。

16.根据权利要求9的磁盘存储系统，其中在操作中的冲击阻力等于或大于500G。

17.磁盘存储系统，其中在盘(13)上形成多个道(15)，将多个道分为多个扇区，并且多个扇区中的每一个具有至少一个数据区(33)并可以具有一个ID区(32)，所述系统包括用于在写操作中在头寻找之后等待检测所述ID区的和用于在读操作中在头寻找之后等待检测所述数据区的装置。

18.根据权利要求17的磁盘存储系统，其中利用相互不同的码形成ID地址标记域(51)和数据地址标记域(61)，ID地址标记域(51)代表所述ID区的数据的起始位置，数据地址标记域(61)代表所述数据区的数据的起始位置。

19.根据权利要求17的磁盘存储系统，还包括在从所述数据区读数据的操作中、当头的读元件经过所述ID区时、用于停止译码器电路的至少一部分工作以降低功耗的装置。

20.根据权利要求17的磁盘存储系统，还包括一个具有一个存储容量的半导体存储器，利用该存储容量能够存储至少两个或更多数据区的数据，其中将已经从所述数据区读的数据传送到所述半导体存储器。

21.根据权利要求17的磁盘存储系统，还包括一个与ID数据域(52，62)有关的、以包含在所述数据区中的用于校正错误的数据流的形式的第一错误检验域，和一个与数据域(63)有关的第二错误检验域。

22.根据权利要求17的磁盘存储系统，其中在从所述数据区读数据的操作中，将ID读错误信号的输出固定为断开。

23.根据权利要求17的磁盘存储系统，其中在从所述数据区读数据的操作中，当输出ID错误信号时，连续地执行读操作，以强制地从所述数据区读数据。

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