CN1359105A - 编码伺服地址的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在具有至少一个用于存储数据的盘的盘驱动器系统里对伺服地址进行编码。和盘表面上的道或者柱面里的一个扇区关联的并且是由扇区号、道号和多盘系统下的头号组成的伺服地址被编码到编码伺服地址里。因为编码伺服地址使用比常规伺服地址少的位数,对伺服地址编码可节省盘存储空间并且仍能使盘驱动器系统在盘上定位。

Description

编码伺服地址的系统和方法
本案为分案申请。其原案申请日：1995年12月8日；申请号：95120801.2；发明名称：编码伺服地址的系统和方法。
本发明一般地涉及盘驱动器或直接存取存储设备(DASD)领域。尤其，本发明涉及伺服地址的编码以在较少的位数中包含较多的信息。
直接存取存储设备(DASD)把信息存储在通常称为盘的磁介质或电光介质上以供以后的检索。DASD可以由一个或多个盘组成，盘具有一个或两个用于存储信息的表面。信息或数据被写入到盘上的同心道上。通过读/写头从道里检索数据并且把数据存储到道里。某些读/写头具有分离的读元件和分离的写元件。有些头采用同一个元件执行两种操作。
为了准确地存取数据，把伺服信息写到盘上以为读/写头提供定位信息。通常，伺服信息是和数据一起写到道里的。在多盘存储环境下，一个存储盘的一个全部表面可能专用于伺服信息。这一个表面称为伺服面。一个叫做伺服头的读/写头访问伺服面以在其上读出存储的位置信息。因为该伺服头相对于其它的读/写头处于一种固定的关系，伺服磁头的位置可以用来指示读/写头的位置。
对用于伺服信息的专用表面的一种替代是“区段”伺服模式。在这种方式下，饼状楔块的伺服信息混杂在数据扇区之间。通过把数据道划分成多个较小的区域或扇区，把伺服信息收编到盘驱动器的数据表面上的各个数据道里。因为在许多应用诸如个人计算机中盘是用作为随机存取存储器的，不是总有可能把相关的信息写到各个道里的相继扇区上。此外，随着去掉旧数据和增加新数据，不是总有可能把新数据写到相邻的扇区上或者甚至相邻的道上。由于相关的信息可能分散在盘上的几个不同的扇区里，对于盘驱动器重要的是能够迅速地和准确地访问各条道和各条道的各个扇区。
提供扇区定位的一种方法采用一个计数器，一旦建立一个初始位置之后计数器连续地监视扇区位置。在这种方式下，每在各伺服道的预定索引标记处循环一次该计数器复位一次。计数器随着各扇区标记增加，各扇区标记指示伺服头下面所经过的各个数据扇区的起点。和扇区计数器无关，另一个计数器用于连续地监视道位置。该道计数器是双向的。它在伺服头的一个预定的零道位置上复位并且当头穿过各个伺服道时它增大或减小。
扇区计数器连同道计数器提供了一种准确地识别伺服面上的位置的方法。但是，如果由于系统噪声或者其它的干扰扇区计数或者道计数变成错误的，在盘重新同步之前将不正确地识别后继位置。由于该原因，本方法(称为相对位置感测)在没有一个独立的位置验证方法使用时是不可靠的。
一种独立验证位置的方法是在各数据道上的各数据扇区的前面加上扇区标识(ID)字段，扇区标识字段所含有的标识符信息在整个盘驱动器上对于该扇区是单值的。典型的标识符包括道号字段、扇区号字段并且当DASD具有多个数据头时还包括头号字段。扇区ID还可能包含着其它与介质故障和冗余信息有关的信息以供错误检测使用。在读或写数据操作期间，当盘控制器遇到各数据扇区的扇区ID时盘控制器读出扇区ID并把各种测试施加到其中所含的信息上，包括把读出的标识符和预期的标识符进行比较。如果通过各种测试并且读出的标识符和预期的标识符相匹配，接着盘控制器从该扇区的后继数据部分读出或写入数据。因为各个数据扇区是唯一的和独立的识别的，任何不正确的数据扇区识别将不会影响任何后继数据扇区的正确识别。这种位置验证方法是可靠的。
另一种独立的验证扇区位置的方法是把标识符从扇区ID中放到伺服信息区中。这种方法用于诸如IBM的No-IDTM SectorFormat(扇区格式)中。在这种系统中，从盘中取消数据扇区前面的扇区ID。替代地，把扇区ID部分存储到固态存储器里或者存储到该扇区中的其它字段里。为了使伺服控制器正确地确定各扇区的位置，在以前只含有按Grey代码存储的道号或柱面号的伺服信息区的伺服地址字段里放入标识符部分。
这两种方式所伴随的一个问题是标识符，亦称为伺服地址，占据着否则的话可用来记录数据的存储区。当提高道密度和减小盘尺寸时该问题变得特别麻烦。当增大道密度时，为了唯一地识别各条道需要更多的道号。更多的道号在盘上需要更大的字段宽度。较小的盘重视可使用的数据盘空间。确实需要一种位置验证方法，其可减少存储伺服地址所需的盘空间总量。
本发明是把识别盘上各个扇区的信息编码到需要较少位盘存储空间的编码伺服地址里的一种系统和方法。编码伺服地址是从扇区号、道号和头号确定的。编码伺服地址允许独立地验证相对于盘表面的头位置。
本发明的一个特点是编码伺服地址是用比常规伺服地址少的位数存储的。常规伺服地址包括存储在Gray代码里的道号以及一个单独的扇区标识字段。通过编码伺服地址，在盘的表面上能得到存储数据的更多空间。该编码方法是以绝对盘位置的模糊性为代价来得到这些空间的。通过监视头相对于盘的位置来消除该模糊性。
本发明的另一个特点是它可以用来代替用于识别磁道内第一扇区的索引标记。这是通过检测在一给定道中从一个扇区到另一个扇区的编码伺服地址里的不均匀跃迁实现的。例如，在一给定道里当从一个扇区进入下一个扇区时编码伺服地址可能增加一个均匀量。但是，在一个道里在最后一个扇区和第一个扇区之间伺服地址跃迁一个不同的量。很容易检测这种不均匀的跃迁，因此它可用于指示道上第一扇区的位置，以代替以前的系统中所采用的索引标记。
从下述对本发明的用附图表示的最佳实施方式的更具体说明，将清楚本发明的上述和其它的目的、特性和优点。
本发明是参照附图说明的。在附图中，类似的参考数表示相同的或者功能相似的元件。此外参考数中的最左侧数字标志第一次出现该参考数的附图。
图1是实现本发明的盘驱动器的一种实施方式的框图。
图2表示盘上所含信息的通用结构的一种实施方式。
图3表示盘上所含的信息结构，其用于盘驱动器实施方式以实现具有数据扇区ID字段的扇区格式。
图4表示磁盘上所含的信息结构，其用于盘驱动器实施方式以实现“No-ID”扇区格式。
图5包含对典型伺服地址和根据本发明的编码伺服地址之间的比较。
图6表示根据本发明执行的编码的流程图。
下面详细讨论本发明的最佳实施方式。尽管讨论了特定的部件及配置，应该理解这仅仅是出于说明的目的的。对相应技术熟练的技术人员应该理解在不违背本发明的精神和范围的前提下可以采用其它部件和配置。
本发明是把唯一性地识别盘驱动器系统型里的一个扇区的头号、道号和扇区号编码到单个编码伺服地址里的系统和方法，该单个编码伺服地址所需的盘空间小于单个存储各个号所需的空间。出于说明的目的，本发明是通过盘驱动器系统描述的。这仅仅为了示意的目的。熟练的技术人员可以意识到本发明能够用于其它的如光盘器的应用。
图1是一个框图，说明用于存储数据的盘驱动器系统100。盘驱动器系统100由一个或多个可旋转地安装在盘主轴104上的盘102组成。通过盘主轴104盘主轴马达(未示出)同时旋转所有的盘102。
盘102的各个表面能用于存储信息。安装在支架108上的读写头106和磁盘102的各个信息存储表面相关联。读/写头106可能具有可以读写信息的单个转换器。备择地，读/写头106可能具有用于每种操作的单独的转换器。各个支架108和音圈马达110连接。音圈马达110经过驱动器信号载体124接受来自音圈马达驱动器122的信号。通过转动单圈马达110对这些信号作出响应，使得支架108改变位置，进而允许读/写头106从盘102上所要求的位置上读和写。
每个读/写头106用于对盘102读出和写入。通过相应的支架108各个读/写头106保持紧紧地靠近相应盘102的表面。各个读/写头106经过头信号载体112向支架电子设备模块114发送基于存储在盘102的表面上的数据的信号。支架电子设备模块114从读/写头106接受信号、放大并滤波信号而且把信号发送到位置错误发生器116。
位置错误发生器116从支架电子设备模块114接受滤波后的和放大后的信号并且推导出如从盘102上读出的位置信号。位置错误发生器116把这个位置错误信号输出到致动器查找和位置控制模块118。
致动器查找和位置控制模块118是一个多用途微处理机，在本最佳实施方式里除了和控制盘驱动器100有关的其它处理之外它还计算速度。致动器查找和位置控制模块118从位置错误发生器116接受位置错误信号并且把这个信号和所需位置进行比较。根据这个比较，致动器查找和位置控制模块118把一个信号输出到零阶保持器(ZOH)120上，从而经读/写头106读出的该位置将更接近地匹配所需位置或者更接近地和下一采样时刻的速度匹配。
零阶保持器(ZOH)120接受来自致动器查找和位置控制模块118的输入信号并且向音圈马达驱动器122输出信号。在接受到下一个输入之前ZOH 120的输出被维持在一定水平上，类似于具有保持能力的数模转换器。然后音圈马达驱动器122响应ZOH 120的输出信号向音圈马达110输出电流。如上面所述，这将允许把读/写头106径向地定位于盘102的表面上的所需位置上。
在本最佳实施方式里，外壳126包围如图1中所示的盘102以及和读/写头106相关的包括支架108和音圈马达110在内的部件。替代的实施方式还可能把盘驱动机系统100的其它部件包括在外壳126里。
图2表示盘102的一个表面上的信息结构。盘102被划分成多个同心的道202。取决于盘尺寸、道密度、头灵敏度和头定位精度，盘102可能包含几百个到几千个的道202。道202有时被称为柱面，因为在具有几个盘102的盘驱动器系统的情况下，当相对盘主轴104的各个盘102进行观察时，一个盘102的表面上的“道”构成“柱面”。这样，当涉及到单个盘102上的道时使用“道”，而当涉及盘主轴上多个盘102上的道时使用“柱面”。两个术语指的是位于盘102的表面上某一矢径处的用于存储数据的同心结构。但是，在技术上是相当不严格地使用术语“道”和“柱面”的。在下面的讨论中，为了清晰对该结构的描述不论是否涉及单个或多个盘102将使用术语“道”。
图2包括位于盘102的表面上的几个道202组成的一段的分解图206。为了便于说明分解图206用直线段表示道202的一段。在现实中道202是曲线状的。分解图206包括三个道，以下分别称为道n-1、道n和道n+1。在该图中，各个道n-1、道n和道n+1进而划分为M+1个扇区204，从下称为扇区0，扇区1，扇区2，…、扇区M-1和扇区M。(图中仅示出扇区M-1、扇区M、扇区0和扇区1)。
各个扇区还分成为以其上存储信息为特征的字段。例如、在道n-1里、扇区M有三个字段：间隔字段208，伺服信息字段210和数据字段212。
在技术上也称为写恢复字段的间隔字段208是盘上的一个区域，其允许读/写头106在一次写操作之后能够读出下一个伺服信息字段210。例如，假如在道n-1的扇区M-1上执行了一次写操作，读/写头106(见图1)必须迁越过间隔208以读出道n-1的扇区M里的伺服信息字段210。
图3一般性地表示扇区格式化的一种普通的实施方式。如图中所示，伺服信息字段210实质上包含两种类型的信息：伺服地址字段302和伺服突发304。伺服地址字段302包含用于定位盘102上道202的粗头定位信息。典型地，伺服地址字段302定和道202关联的磁道号312。例如，采用这种扇区格式化方法的盘102在道n-1上的从扇区0至扇区M的各个扇区的各个伺服地址字段302里应该具有值n-1。类似地，道n上从扇区0至扇区M的各扇区的各个伺服地址字段302里的值应该是n。换言之，对于一给定道202里的所有扇区204伺服地址字段302具有相同的值。伺服地址字段302典型地还含有索引标记310，索引标记是用于标识扇区0的一个附加位。例如，在道202里对于扇区0索引标记310被置为1而对于所有的其它扇区204索引标记被置为0。当盘102旋转时，索引标记310允许盘驱动器系统100保持对道202上的扇区204的计数。
伺服突发304包含用于定位盘102上道202的细头定位信息。在技术上是众所周知的实现细定位的几种方法，包括取决于解调系统的振幅伺服突发或者相位编码伺服突发。伺服地址字段302和伺服突发304使得读/写头106保持在特定道202上适当定位，从而准确地对盘102进行读写。
在伺服信息字段210之后是数据字段212。数据字段212包含两类信息：扇区标识(ID)306和数据308。扇区ID306包括道号312，扇区号314，头号316和其它字段318。道号312，扇区号314和头号316唯一性地识别盘102上的扇区204，用于验证后继数据308确实是供读操作或写操作的目标。其它字段318包含用于逻辑扇区的标志以及错误修正代码，它们在技术上是周知的并且不是本发明的主题。由于包括在扇区ID 306里的所有信息，所需的盘空间可以是相当大的。事实上，在许多流行的盘驱动器里，扇区ID306可以使用高达10％的全部可用盘空间。请注意道号312出现在扇区ID 306和伺服地址字段302两者里，因此它是冗余的。
图4表示扇区格式化的另一种实施方式，这种实施方式从盘102上取消了包含在扇区ID 306里的许多信息，并且代之把它们存储到固态存储器里。这种类型的扇区格式化被称为“No-ID”(无标识)。在这种格式下，扇区204包含间隔208、伺服信息字段210和数据字段212，这和上述的格式化方式一样。伺服信息字段210包含不同于伺服地址字段302的伺服地址字段402以及伺服突发304。伺服地址字段402包括索引标记310，道号312，扇区号314和头号316。和上面所讨论的一样，伺服地址字段402之后是伺服突发。在伺服信息字段210之后是数据字段212。在No-ID格式下数据字段212不包括扇区ID 306。更确切地，全部数据字段212是由数据308组成的。
在上述两种扇区格式化方法中，在扇区ID306或伺服地址字段402中的一个里把道号312，扇区号314和头号316作为独立值存储起来。如上面所述，由于信息还包含在盘102上的其它地方，如道号312存储在伺服地址字段302和扇区ID 306里的情况，或者由于信息是重复的，如头号316重复性地存储在盘102上的每个扇区204里和道号312重复性存储在同一道202上的各个扇区204的情况，许多信息是冗余的。
本发明通过把道号312、扇区号314和头号316编码到如图5中所示的编码伺服地址504里消除了冗余的信息。为便于讨论，道号312、扇区号314和头号316将总括地称为“伺服地址”，不论它们是存储在扇区ID 306里还是存储在伺服地址字段402里。在本发明的最佳实施方式里，利用下述编码方程从伺服地址中计算编码伺服地址：
编码伺服地址＝道号+((头号+1)×
              (扇区号+1))
出于两个原因在上述编码方程中对磁头号和扇区号各加上1。第一，需要对这两个数加上某个整数以保证乘法后的非零结果。否则的话，对于头0或扇区0，编码伺服地址将等于道号，造成没有能力区别各个扇区。例如，在头0上和扇区号无关所有的扇区都将具有等于道号的编码伺服地址。第二，加上除1之外的整数产生较大值的结果编码伺服地址。较大的值需要更多位数的盘空间。从而，加1就盘空间而言提供最佳的结果，并且还允许区别扇区。
一个例子最好地说明本发明的有用性。表1说明用于具有2个头、7个道和6个扇区的盘驱动器系统100的典型的伺服地址字段302。如前面已提及过地，伺服地址字段302包含索引标记310和道号312。表1具体地说明横过扇区204和头106改变的道号312。从表1中，很容易看出伺服地址字段302只随道号改变而改变。对于相同的道号，不管头号或者扇区号是否改变，道202里的各个伺服地址字段302包含着相同的信息。作为一更多的冗余，在扇区ID 306里和扇区号和头号一起还包括道号。
表II说明对于具有2个头、7个道和6个扇区的相同盘驱动器系统100根据本发明编码的伺服地址。根据表II可说明本发明的几个重要方面。首先，对于一个道里的每个扇区编码伺服地址是变化的。例如，对于道2、头0，扇区段0的编码伺服地址具有为3的值，对于扇区5其编码伺服地址的值为8。这样，通过知道编码伺服地址、扇区号314和磁头号316，利用上面的编码方程可以确定道号312。
                          表I
                    常用的伺服地址
头0 扇区号
    道号     0     1     2     3     4     5
    0     0     0     0     0     0     0
    1     1     1     1     1     1     1
    2     2     2     2     2     2     2
    3     3     3     3     3     3     3
    4     4     4     4     4     4     4
    5     5     5     5     5     5     5
    6     6     6     6     6     6     6
    头1                       扇区号
    道号     0     1     2     3     4     5
0 0 0 0 0 0 0
    1     1     1     1     1     1     1
    2     2     2     2     2     2     2
    3     3     3     3     3     3     3
    4     4     4     4     4     4     4
    5     5     5     5     5     5     5
    6     6     6     6     6     6     6
第二，根据扇区归属的头用于各个相邻的扇区编码伺服地址按不同量改变。例如，对于道2，头0，在扇区0和扇区1之间编码伺服地址按1改变，而对于道2，头1，在扇区0和扇区1之间编码伺服地址按2变化。这样，通过知道相邻扇区之间的编码伺服地址的改变量，盘驱动器系统100可以验证正在读的正确头。
                                    表II
                                编码伺服地址
    头0                     扇区号
    道号     0     1     2     3     4     5
    0     1     2     3     4     5     6
1 2 3 4 5 6 7
    2     3     4     5     6     7     8
    3     4     5     6     7     8     9
    4     5     6     7     8     9     10
    5     6     7     8     9     10     11
    6     7     8     9     10     11     12
    头1                     扇区号
    道号     0     1     2     3     4     5
    0     2     4     6     8     10     12
    1     3     5     7     9     11     13
    2     4     6     8     10     12     14
    3     5     7     9     11     13     15
    4     6     8     10     12     14     16
    5     7     9     11     13     15     17
    6     8     10     12     14     16     18
第三，编码伺服地址还可以用于编码索引标记310。如前面所讨论的那样，索引标记310是用于指示一给定道里的扇区0的一个位，即对道n里的扇区0把伺服地址字段302或者伺服地址字段402里的索引标记置为1，而对道n里的所有其它扇区则把索引标记310置为0。在本发明里，可以通过搜索给定道n里扇区M和扇区0之间的编码伺服地址值的不均匀变化识别扇区0。例如，对道2、头1，除了扇区M和扇区0之间以外的所有相邻的扇区之间编码伺服地址按2变化，而扇区M和扇区0之间编码伺服地址按-10变化。不均匀的改变是很容易检测出来的，并且在本最佳实施方式里利用它来取消对索引标记310的需要。可以从不均匀的改变对扇区204计数以便验证扇区号。
最后，本发明减小了存储伺服地址所需的盘空间总量。图5表示利用本发明所得到的字段宽度的减小。出于说明的目的，假定一种具有2000个道、128个扇区和4个头的典型盘驱动器。图5表示用于识别该示例盘驱动器的扇区的常规伺服地址502和根据本发明的编码伺服地址504。伺服地址502包含索引位310，道号312，扇区号314和头号316。索引位310需要1位。为存储范围从0到1999的道号，道号312需要11位(即2000个道＜2”＝2048)。为存储范围从0至127的扇区号，扇区号314需要7位(即128个扇区＝27＝128)。为存储范围从0至3的头号，头号316需要2位(即4个头＝22＝4)。总之，为了存储未编码的伺服地址502需要21位。
相反，存储编码伺服地址504的所需位数仅为12。该数是通过确定为存储下述方程的结果而需要的位数得到的：
最大值＝道数+(头数×扇区数)
利用示例盘驱动器中的数字得出最大值为2512，它可被存储在12位中(即2512＜212＝4096)。从而，通过减少存储相同信息的所需的位数，编码伺服地址可用来节省有效的盘空间量。
但是，本发明产生相对于盘表面的头绝对位置上的模糊性。具体地，不在同一道上的几个扇区可能具有相同的编码伺服地址。例如，从表II中，对于头0，道2，扇区0其编码伺服地址是“3”。它和头0，道1、扇区1，头0、扇区2以及头1，道1、扇区0的编码伺服地址是相同的。这样，单靠编码伺服地址将不能绝对地确定盘驱动器系统里盘表面上的一个位置。但是，编码伺服地址与头的相对于盘的相对位置一起将把这种模糊性去掉。例如，编码伺服地址与扇区号及头号一起将允许确定与一个道关联的道号，该伺服地址是从该道上读出的。
为了做到这一点，本发明必须保存头相对于盘的相对位置，并且必须识别使用着那一个头。这是通过确定扇区号来实现的。本发明通过对道上的扇区计数来确定扇区号。在一个道里每当头下面通过一单个扇区时对扇区号增1并在索引标记处每循环一次对扇区号复位。在最佳实施方式里，索引标记是按编码伺服地址里的不均匀迁跃识别的。
一旦确定了扇区号以及和正在读的头关联的头号，可以利用编码伺服地址确定道号。具体地，道号是利用下述方程确定的：
          道号＝编码伺服地址-(头号+1)
                ×(扇区号++1)
一旦确定了道号，便消除了头相对于盘表面的绝对地址的模糊性。这就方便了在对数据执行读和写操作之前对盘表面上的道内特定扇区的定位。
图6表示用来把道号312、扇区号314和头号316编码到编码伺服地址504里的方法的一种最佳实施方式。在步骤602里，对要识别的特定扇区204确定道号312、扇区号314和头号316。在步骤604里，对头号316加1以得到第一结果。在步骤606里，对扇区号314加上1以得到第二结果。在步骤608里，步骤604里得到的第一结果和步骤606里得到的第二结果相乘以得到第三结果。在步骤610里，步骤608里得到的第三结果加上道号312以得到编码伺服地址504。在步骤612，利用技术上周知的技术把编码伺服地址504变换成Gray代码。在步骤614，用Gray代码表示的编码伺服地址504被写到盘102上要被识别的特定扇区204上。
尽管本发明是参照其最佳实施方式具体地表示和说明的，熟练的技术人员可以理解在不违背本发明的精神和范围的前提下可以在形式上和细节上作出各种改变。

Claims (5)

1.一种把索引标记编码到伺服地址里的方法，包括步骤：
(a)通过一预定值从第一扇区到最后一个扇区修改道里的各个扇区的伺服地址；
(b)在各个所述扇区里存储伺服地址；
(c)为各个所述扇区读出伺服地址；以及
(d)检测所述最后一个扇区和所述第一扇区之间伺服地址的不均匀改变，每个道上所述不均匀改变出现一次并且起索引标记的作用。
2.如权利要求1所述的方法，其中伺服地址存储在盘的表面，所述读出步骤由一个转换头执行，进而包括步骤：
相对于所述转换头移动所述盘表面以检测所述不均匀变化。
3.一种把索引标记编码到伺服地址里的装置，包括：
通过一预定值从第一扇区到最后一个扇区修改道里的各个扇区的伺服地址的装置；
在各个所述扇区里存储伺服地址的装置；
为各个所述扇区读出伺服地址的装置；以及
检测所述最后一个扇区和所述第一扇区之间伺服地址的不均匀改变的装置，每个道上所述不均匀改变出现一次并且起索引标记的作用。
4.如权利要求3所述的装置，进而包括一个存储数据的盘驱动器，所述盘驱动器包括：
外壳；以及
至少一个安装在所述壳内的可旋转的盘，所述盘具有一个存储数据的表面，位于所述表面上的多个同心道，以及位于所述道内的多个扇区，每个扇区具有一个伺服地址，其中所述读出装置进而包括：与所述盘的所述表面有关系地定位的转换头以便读出扇区地址。
5.如权利要求4所述的装置，进而包括：
相对于所述盘的所述表面移动所述转换头的装置。
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