CN1383142A

CN1383142A - 以旋转的盘片为数据载体的数据存储装置

Info

Publication number: CN1383142A
Application number: CN 01112696
Authority: CN
Inventors: 于君
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2002-12-04

Abstract

以旋转盘片为数据载体的数据存储装置。针对现有技术因单面单读写头原理的限制难以大幅度提高数据传输率的问题,提出了一种在同一个盘片[1]的同一侧数据存储面[1－M]上设置多个独立工作的数据传递部[2－a][2－b]的解决方案。这些数据传递部可在各自的驱动机构控制下分别在同一个数据存储面的不同区域内移动并读取或者读写数据。在不依靠提高盘片的转速、数据存贮密度和数据传递部寻道速度的情况下,显著地提高了数据传输率。

Description

以旋转的盘片为数据载体的数据存储装置

本发明属于数据存储装置，尤其涉及一种以旋转盘片为数据载体的数据存储装置，例如硬盘、光盘驱动/存储器。

数据传输率的高低是衡量各种数据存储装置性能优劣的关键指标。

目前的以旋转盘片为数据载体的数据存储装置(例如硬盘、光盘驱动/存储器)完成一个数据块的传输时间一般等于数据传递部接受命令的时间、数据传递部寻道时间、数据传递部读写目标数据块的持续时间、数据输出时间之和。

其中，数据传递部寻道时间和数据传递部读写目标数据块的持续时间占据了整个过程中的大部分时间。这两个时间的长短均主要数据传递部驱动机构的机械性能、盘片转速和盘片数据线密度决定。

以旋转盘片为数据载体的数据存储装置的共有的原理性技术特征是在数据盘片的每一个数据存储面上有一个可移动的数据传递部。

具有这个特征的数据存储装置的数据传输率的提高都只能主要依赖于盘片的转速的提高、盘片表面数据存贮密度的提高和数据传递部寻道速度的提高。而这些指标都显然受到相关技术的物理上的发展极限的限制，形成了原理上的瓶颈。因此，需要改进数据存取装置的物理机构工作原理，避开上述瓶颈，进而提高数据传输率。

中国专利97117298曾提出在盘片的同一个数据存储面上设置由相同驱动机构驱动的多个同步移动的数据传递部的解决方案。但是，这些只能同步移动的数据传递部在工作时会相互牵制，难以配合操作。并且，原理上必然会增加同一个驱动器需要驱动的数据传递部的体积和重量，经常性地产生多余负载，降低了寻道反应速度，增大寻道时间，其结果反而会降低数据传输率。

本发明的目的是在不必提高也不会降低盘片转速、数据线密度和数据传递部寻道速度的前提下，寻找一种新的可行的数据传递部运行方式，使以旋转盘片为数据载体的数据存储装置的数据传输率显著提高。

本发明的目的是这样实现的：

这是一种以旋转盘片为数据载体的数据存储装置，其结构包括可在机构控制下沿旋转盘片的数据存储面移动并读取或写入数据的数据传递部；其独特之处在于：在同一个盘片的同一侧数据存储面上有两个或者两个以上独立的数据传递部，这些独立的数据传递部在不同的驱动机构分别驱动下，可在同一个数据存储面[1-M]上做不同步的移动并读取或者写入数据。

在完成一个数据块的读/写过程中，由于有两个或者更多个独立的数据传递部可以同时协调工作，会使数据传递部寻道时间几乎完全相互抵消，数据传递部读写目标数据块的持续时间也会部分抵消，也就是当一个数据传递部对目标数据的第一段进行读取或者写入的过程中，另一个数据传递部可以同时进行该目标数据的第二段的寻道过程，并可以在找到目标地址后立即进行读/写操作，或者进入读/写操作的预备状态，等待前一个数据传递部完成第一段目标数据的读/写操作后立即接替作业。当然，也可以用这两个数据传递部对同一个目标数据的等分位置或者任意起始位置的不同段落同时进行寻道和读/写作业，并利用缓存进行目标数据的连接和合并工作。这将会显著减少大文件的读取或写入的时间。

这两个或者多个数据传递部也可以分别接受互不关联的命令，对不同的目标数据分别进行完全独立互不牵制的读写操作。此时，相当于有两个或者多个具有完全相同的数据并能够实时同步更新的不同的数据存储器。应用在光盘驱动器上，就可以实现两个激光头同时读取任意位置的不同的文件，甚至可以实现同时播放同一张光碟的任意两个不同的影音文件，或者同一个影音文件的不同部分。对于DVD影片来说，双激光头可以轻易实现对同一个情节的两个视角进行实时切换。

对于CDR光盘刻录机来说，双激光头可以将单张光盘的刻录速度提高近一倍。

当然，当不需要时，可以只启用一个数据传递部工作，而其他则可以处于待机状态，随时听候指令。

由于各个数据传递部分别由不同的驱动机构驱动，而且各个数据传递部在结构上也互不牵制，因此，每个数据传递部都可以保持最优化的结构、形状和重量，其寻道速度不会降低。

对于硬盘来说，进行各种读写操作，尤其是搬移文件、整理碎片工作时，由于各个磁头在不同的位置可以同时进行读写作业，效率的提高是非常显著的。为了简化和优化单个磁头的结构，提高运行效率，可以考虑将特定磁头设置成只具备读或者写的功能。

为了追求更紧凑的结构空间和更多的磁头数，可以考虑将两个磁头的轴线重合，并使用具有不同步工作的同轴心双轴组合电机驱动。

一个大型软件的所有文件往往都在同一个磁盘的同一侧数据存储面上。因此，在同一侧数据存储面上协同工作的多个独立磁头显然会极大地提高该软件启动和运行时的速度。

对一个持续文件进行读取或者写入操作时，如果用4个磁头在该文件的四个等距起始点同时读取或者写入，由于其中三个磁头通过命令的时间和磁头寻道时间相互抵消，所以完成整个任务所需要的时间将小于采用单个磁头操作时所用时间的1/4。这种效果在读取或者写入较小的持续文件时尤其明显。

硬盘的随机数据传输率对于数据库类的软件和服务器类的软件来说极为重要。现有硬盘中虽然主轴转速高于10000RPM的高档硬盘属于此类应用的首选，但其理论上随机数据传输率仍然仅比7200RPM的硬盘高30％左右，而且价格增加了数倍。另外，当转速提高时，由于磁头和通道技术不容易得到相应的提高，每磁道簇数可能会被厂家降低。因此，实际上的数据传输率未必能真正提高到理论值。

如果仍然采用7200RPM主轴转速，但却根据本发明原理在单面数据存储面上使用4个独立运行的磁头，那么，其整体上的随机数据传输率和持续数据传输率都会比现有7200RPM硬盘提高至少400％！而造价提高幅度却不会超过3个7200RPM硬盘，可能与现有的10000RPM硬盘相当。因此将具有极为理想的性价比。

需要说明的是，已经普遍存在的同时使用多个硬盘的方式仅仅能够增加存储空间，而无法达到本发明所提出的单面多个独立磁头原理所能产生的高效率。

实施本发明所依赖的电机、电路技术属于十分成熟的现有技术，不存在有待克服的重大技术难关，因此容易实现商品化。

为了有助于理解本发明与现有技术的差别和优劣，可以用借书室来打个比方：一个拥有大量图书的借书室，如果只有一个图书管理员负责受理、找书、取书和存书工作，那么，依靠增强该管理员的体力、奔跑速度、反应速度和业务水平的途径来提高这间借书室的运行效率，其潜力显然十分有限，难以应付排在窗口外等候的读者长龙。这个借书室就相当于现有的每个数据存储面仅有一个数据传递部的数据存储装置，而本发明则相当于为这个借书室增加了一个或者更多图书管理员和受理窗口，并让他们相互配合工作。显然，其总体工作效率会因此成倍提高。中国专利97117298所提出的同步移动的多磁头(数据传递部)方案似乎也相当于为这个借书室增加了一个或者更多个图书管理员，但却将这些管理员拴一起，让他们只能同时同步移动作业，其结果显然会使效率更低。

因此，相对于现有技术来说，本发明提出的数据存储装置的优点可以概括为：在不依靠提高盘片的转速、数据存贮密度和数据传递部寻道速度的情况下，利用同一个盘片的同一侧数据存储面上的多个独立运行的数据传递部，进行同时工作并相互配合，在总体上显著地提高了数据传输率。

以下将结合附图对本发明的实施方式进行具体描述。

图1是根据本发明原理提出的一种双磁头硬盘的结构示意图；

图2是根据本发明原理提出的一种四磁头硬盘的结构示意图；

图3是根据本发明原理提出的一种双激光头光盘驱动器的结构示意图。

图4是根据本发明原理提出的一种8磁头硬盘的结构示意图。

参见图1，这是一种双磁头硬盘。该硬盘内有一个盘片[1]和两个不同轴的磁头[2-a][2-b]。各磁头[2-a][2-b]前端可以在盘片[1]的同一个数据存储面[1-M]的两个不同扇形区域上沿着弧形轨迹[3-a][3-b]分别摆动。

参见图2，这是四个磁头[2-a][2-b][2-c][2-d]的硬盘。各磁头[2-a][2-b][2-c][2-d]前端可以在盘片[1]的同一个数据存储面[1-M]的两个不同扇形区域上沿着弧形轨迹[3-a][3-b][3-c][3-d]分别摆动。

参见图3，这是在光盘驱动器上实施的例子。它有两套分别工作的激光头[2-a][2-b]，各激光头[2-a][2-b]在各自的导轨[4-a][4-b]和传动机构作用下，可以在光盘[1]的同一个数据存储面[1-M]的两个不同区域上沿径向轨迹[3-a][3-b]分别移动。

参见图4，采用弯曲的磁头柄，可以实现在同一个盘片[1]周围布置多达8个独立磁头[2]。这可能是一种极端情况，可以应用于对数据传输率要求极高的场合，比如影视点播系统、宽带网站的视频点播、超大数据库系统、超大流量搜索引擎的服务器、视频编辑系统等等。虽然结构复杂，体积相对比较大，价格也比较昂贵，但可以获得其它手段无法得到的极高的数据传输率。就目前的相关技术水平来说，这种硬盘可以轻易达到1000Mbps以上的最大内部数据传输率。

Claims

1、一种以旋转盘片[1]为数据载体的数据存储装置，其结构包括可在机构控制下沿旋转盘片[1]的数据存储面[1-M]移动并读取或写入数据的数据传递部[2]；其独特之处在于：在同一个盘片[1]的同一侧数据存储面[1-M]上有两个或者两个以上独立的数据传递部[2-a][2-b][2-c][2-d]，这些数据传递部[2]在不同的驱动机构分别驱动下，可在同一个数据存储面[1-M]上做不同步的移动并读取或者写入数据。