JP2000260104A - ディスクレコーダ装置 - Google Patents

ディスクレコーダ装置

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JP2000260104A
JP2000260104A JP11061786A JP6178699A JP2000260104A JP 2000260104 A JP2000260104 A JP 2000260104A JP 11061786 A JP11061786 A JP 11061786A JP 6178699 A JP6178699 A JP 6178699A JP 2000260104 A JP2000260104 A JP 2000260104A
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JP
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disk
time
hdd
disk recorder
parameter
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Minoru Hirata
稔 平田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内蔵する複数のディスク装置にデータを記録
する場合に、各々のディスク装置が最高の性能を発揮
し、且つ故障確率が低いディスクレコーダ装置を実現す
る。 【解決手段】 CPU1はタイマ12を使ってHDD3
〜8の個別のアクセス性能を測定する。この測定結果に
基づいて、HDD3〜8の個別のアクセス時の回転待ち
時間を最適にするように、HDD3〜8を個別にフォー
マットする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はディスクレコーダ装
置に関し、さらに詳しくは、データを複数台のハードデ
ィスク装置などのディスク装置に記録するディスクレコ
ーダ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、マルチメディアの発達でテープの
みならずハードディスク装置(以下、「HDD」とい
う。)などのディスク装置に動画のビデオデータなどを
記録することが行われるようになってきた。文字情報な
どの通常のデータと比べてビデオデータの特徴は、デー
タ量が多いことに加え、転送レートが非常に高いことで
ある。そのためディスクレコーダ装置は、複数のHDD
を使用して記録または再生する場合が多い。
【0003】ディスクレコーダ装置において、内蔵する
複数台のHDDを使用してビデオデータをはじめとする
データの記録及び再生をする場合、全てのHDDを同じ
型にフォーマットすることが行われている。また、HD
Dからの読み出し及び書き込み時間を短くするため、ア
クセス時間の内の回転待ち時間を短縮する回転待ち制御
を行うフォーマット方式を採用しているディスクレコー
ダ装置もある。この回転待ち制御というのは、回転待ち
時間をシーク距離とフォーマット時のパラメータとの関
数として最悪値を保証するものである。
【0004】このような従来のディスクレコーダ装置で
性能を向上させるには、使用するHDDは理想的なメカ
の振る舞いをする必要がある。しかし実際のHDDで
は、個々にアクセス性能が異なる上、一般に予定外の回
転待ちが一切起こらないようなものは存在しない。従っ
て完全な実装が困難であった。
【0005】また、回転待ち制御を行うフォーマット方
式においては、シーク距離によって読み出し及び書き込
み時間が変化するため、ディスクレコーダ装置を構成す
るには相応のバッファメモリが必要となる。バッファメ
モリの出口だけを見ると、回転待ち制御をしない状態と
何ら変化がなく、そのフォーマット自身の有効性が制限
されていた。
【0006】また、ディスクのばらつきを考慮した形で
フォーマット化するため、実際はまだ転送レートが上が
る優れたHDDも、わざわざ平均性能を落として使用す
るため、個々のHDDの性能を最大に発揮できない状態
にあった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は内蔵
する複数のディスク装置にデータを記録する場合に、各
々のディスク装置が最高の性能を発揮し、且つ故障確率
が低いディスクレコーダ装置を実現することを課題とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、請求項1のディスクレコーダ装置は、データを複数
台のディスク装置に記録するディスクレコーダ装置であ
って、ディスク装置の各々に対して、アクセス性能を測
定し、且つこの測定結果に基づいてアクセス時の回転待
ち時間を最適にするようにフォーマット化を行うことを
特徴とする。ここで、回転待ち時間を最適にするように
フォーマット化を行うこととは、シーク後の回転待ちが
ランダムにならないようにフォーマットすることであ
る。
【0009】請求項2のディスクレコーダ装置は、測定
結果に基づいて、ディスク装置の制御方法を決定するこ
とを特徴とする。
【0010】請求項3のディスクレコーダ装置は、測定
結果に基づいて、ディスクレコーダ装置全体の制御方法
を決定することを特徴とする。
【0011】請求項4のディスクレコーダ装置は、測定
結果に基づいて、使用不可能なディスク装置を判別する
ことを特徴とする。
【0012】請求項5のディスクレコーダ装置は、フォ
ーマット化を、定期的に行うことを特徴とする。
【0013】請求項6のディスクレコーダ装置は、デー
タはビデオデータであることを特徴とする。
【0014】請求項7のディスクレコーダ装置は、ディ
スク装置はハードディスク装置であることを特徴とす
る。
【0015】上述した手段による作用としては、ディス
クレコーダ装置が内蔵する複数台のディスク装置のそれ
ぞれに対して、回転待ち時間が最適になるようにフォー
マット化を行うため、平均転送レートが高くなる。
【0016】また、アクセス性能を測定した結果に基づ
いて、ディスク装置の制御方法を決定することにより、
各ディスク装置を最高性能で使用可能となる。
【0017】また、アクセス性能を測定した結果に基づ
いて、ディスクレコーダ装置全体の制御方法を決定する
ことにより、ディスクレコーダ装置のアクセス性能の向
上と故障率の低減が実現される。
【0018】また、アクセス性能の測定結果に基づい
て、使用不可能なディスク装置を判別することにより、
故障が起きる前にディスク装置を交換することが可能と
なる。
【0019】また、フォーマット化を定期的に行うこと
により、劣化したディスク装置によるディスクレコーダ
装置の性能低下を防ぎ、ディスク装置を有効に長期間使
用することが可能となる。
【0020】また、このようなディスクレコーダ装置に
記録するデータはビデオデータのような高転送レートの
データを記録する場合に、特に有効である。
【0021】また、内蔵するディスク装置はハードディ
スク装置であることにより、小型な構成で、転送レート
の高いデータの大容量記録が可能となる。
【0022】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態例について図
1ないし図9を参照して説明する。なお、ディスクレコ
ーダ装置が内蔵するディスク装置としてHDDを例に説
明するが、これに限定するものではなく光ディスクなど
他の記録方式のディスク装置であってもよい。
【0023】まず、各々のHDDに対して実施する回転
待ち制御から説明する。回転待ち制御とは、簡単に言え
ばシーク後の回転待ち時間がランダムにならないように
する制御である。ディスクレコーダ装置に、外部からH
DDを複数回アクセスする必要がある指令が来たとき、
まず個々のHDDが内蔵するハードディスクのアクセス
方向が、外周から内周方向になるようにアクセス点の順
序を決める。外部からの指令がデータのランダムアクセ
スをさせる場合でも、アクセスの数を適宜区切って、順
番を並べ替えて必ず外周から内周に決める。なおフォー
マットを変えれば内周から外周方向でもよい。
【0024】アクセスの長さはディスク1周すなわち1
トラック以上の単位であり、開始点は各トラックについ
て1点だけにする。終了点は次のアクセスのためのシー
クに必要な分以上に開始点よりもディスクの回転角度で
手前に位置させる。従って、制御のためにはディスク記
録領域を一部使用しないで残しておく必要があり、ディ
スクの全領域を使用することはできないが、ビデオデー
タのようなサイズが大きいデータではトラック1周以上
の長さを単位として扱えばこの不都合は少ない。
【0025】このようにハードディスクを構成した例と
して、角度差θ1でフォーマットしたハードディスクを
上から見た図を図1に示す。データを記録するディスク
のトラック上の長さの単位を「チャンク」と呼ぶことと
すると、1チャンクをチャンク角270゜、長さ1周と
する。そして各トラックの開始点はθ1分の角度差がつ
けて構成されている。
【0026】この角度差θ1を、シークに要する時間中
にハードディスクが回転する回転角より大きく設定して
フォーマット化すれば、回転待ちは設計可能となり、何
もしない通常のフォーマットのように最悪1回転という
無駄な待ち時間が起こらないことを保証できる。
【0027】HDDはハードディスクを複数枚重ねた構
成をしており、ハードディスクを上から見たときの円筒
状にある同心円の一つはシリンダと呼ばれているが、外
周シリンダのトラックから3番目のシリンダをアクセス
する場合は、図1のP1、P2、P3、P4の順にヘッ
ドがディスク上を移動することになる。半径方向のヘッ
ドの移動は2シリンダ分であるので、2つのトラック開
始点であるP1とP3とには2×θ1分の角度差があ
る。
【0028】複数のアクセスが連続的に発生するとき、
あるアクセスが終わってからシーク後、次のアクセスが
終わるまでの所要時間であるI/O時間は、ディスクの
読み書き時間であるTread、シーク時間Tsee
k、回転待ち時間Trotの3つの時間要素から成り立
つ。 I/O時間=f(シーク距離,フォーマット角度θ) =Tread+Tseek(シーク距離,フォーマット
角度θ)+Trot(シーク距離,フォーマット角度
θ)
【0029】I/O時間はディスク上の読み出し時間T
readが一定、すなわち図1に示すようにチャンク角
が一定ならば、シーク距離とアクセス開始点の角度差θ
との関数となる。これを図示すると図2の線L1のよう
に直線状となる。
【0030】これに対し、回転待ち制御を行わない一般
的なフォーマットで、同じサイズのチャンクを想定しI
/O時間を測定すると、図2で幅Trotの曲線帯状の
範囲にデータが分散する。これは、あるチャンクと次の
チャンクの開始点との角度がディスク上にばらばらに配
置しているために、シーク後の回転待ちが0周のときか
らほぼ1周のときまであるからである。
【0031】一方、最長I/O時間を示す線L2と最短
I/O時間を示す線L3が直線にならないのは、シーク
距離に応じてヘッド移動の所要時間が上に凸のグラフを
描くためである。ディスクの回転待ち時間は一様にばら
ついているので、線L2と線L3の中間点が実質的な平
均I/O時間特性となる。図2では線L4が回転待ち制
御を行わない場合の特性を示している。
【0032】回転待ち制御は、先に述べた制限のもと、
チャンク開始点位置をシリンダ毎に角度θだけずらして
配置するフォーマット作業により行う。回転待ち時間は
シーク距離に応じて設計できるようになる。ただ、本制
御は回転待ち時間を0にすることではない。図2で線L
1と線L3との間の両矢印M1〜M6は、シーク距離に
応じて変化する回転待ち時間を示している。
【0033】次に、あるシーク距離で回転待ち制御の有
無による回転待ち時間の比較を、図3を参照して説明す
る。回転待ち制御をした場合の回転待ち時間Trot1
が回転待ち制御をしない場合の回転待ち時間Trot2
より短いことがわかる。すなわち、フォーマットのパラ
メータであるθでは、回転待ち制御をした方がI/O時
間が短くなる。
【0034】シーク距離が一様に分散しているランダム
なアクセス状態では、図3で各特性線とI/O時間軸、
シーク距離軸、シーク距離MAXの線L5が囲む領域の
面積がデータ転送レートと反比例した値を示すことにな
る。たとえば、I/O時間の特性線が上の方であれば、
それだけI/O時間が長くなる、すなわち転送レートが
低くなることを示している。
【0035】次に、ディスク回転数によるI/O時間の
影響を説明する。回転数の異なる2つのディスクについ
て、回転数R1かつパラメータθ1でフォーマットした
場合のI/O時間を図4(a)に示し、回転数R1より
も高い回転数R2のディスクで回転待ち制御しない場合
のI/O時間を図4(b)に示し、両者の比較をする。
【0036】トラック一周の記録量が同じであれば、デ
ィスクの回転数が高い場合、回転待ち制御をしない平均
I/O時間曲線L6は、ディスクの回転数が低い場合の
回転待ち制御をしない平均I/O時間曲線L7に比べて
下方にずれる。これは、元々高回転で転送レートの高い
HDDを使っているから当然であるが、図4(a)の回
転待ち制御を行った場合のI/O時間を示す線L8は図
2の直線L1をそのまま併記したものであり、ほぼ同じ
転送レートが得られることを意味している。
【0037】すなわち、見方を変えれば、回転待ち制御
を行い、フォーマットパラメータθを適切に設定すれ
ば、よりディスク回転数の高いHDDを使った場合と同
様の転送レートを得ることが可能となる。
【0038】以上の内容は、HDDの機械部分の振る舞
いがミスのない理想状態を前提条件としている。しかし
現実のHDDでは、シーク時のトラッキングの失敗など
が発生するため、I/O時間特性を測定すると、図5
(a)や図5(b)に例示するように本来の直線成分に
加えてトラッキングの失敗による1周遅れ、2周遅れの
成分が観測される。このようなHDDでは、余裕を十分
に与えても失敗が多い。
【0039】そのため、机上理論的には可能な回転待ち
制御は実際には完全実装が難しい。また、これら遅れ成
分の頻度や発生状態はディスクの個体差が大きいため、
複数のディスクを揃えて用いる構成ではI/O時間を管
理する上で、回転待ちパラメータθを十分安全な値とし
て設定する必要がある。
【0040】比較のため、各トラックのチャンク開始点
の角度差θを、θ1より大きいθ2の角度差をつけてフ
ォーマットしたハードディスクを上から見た図を図6に
示し、その場合のI/O時間を図7に示す。この場合の
I/O時間は線L9のようになる。
【0041】図2で示す特性と図7で示す特性とを比較
すると、I/O時間の線L9と最短I/O時間を示す線
L10との間のM7〜M12で示される回転待ち時間
が、長くなるシーク距離の領域が多く、I/O時間に余
分に時間がかかることを示している。
【0042】また、図2で示す特性の方が転送レートが
高く、図7で示す特性の方は厳密ではないが、回転待ち
制御のない特性線と近い転送レートとなっている。した
がって、各トラックのチャンク開始点の角度差θの決定
は重要である。
【0043】また、角度差θの決定は次の理由からも重
要である。機械的な動作の安定性が優れたHDDは、シ
ークから読み出しあるいは書き込みに余裕の少ない状態
で用いても1周遅れが少ない。ディスクレコーダ装置内
の全てのディスクを同一のパラメータでフォーマットす
ることは、機械的動作に余裕がある優れたHDDの能力
を十分利用しないことになり、必ずしも賢明な方法では
ない。また、HDDは温度、気圧、経年等の複雑な周辺
環境の変化により微妙な性能変化が生じてしまう。
【0044】そこで、ディスクレコーダ装置の稼動外時
間などにI/O時間等を計測し、各々の装置を最適な転
送レートで運用できる仕組みを取り入れれば現実のディ
スクレコーダ装置での性能の改善や故障率を低減するこ
とができる。I/O時間計測の結果、基準に満たない装
置を交換処理することと共に、基準内のHDDを各々の
最適状態で運用することにより、稼働中の問題を減ら
し、転送レートの余裕分をディスクレコーダ装置の安定
度の改善に役立てることができる。これはHDDの個体
差を逆に注目し、個々のHDDの能力を最大限に生かす
ように工夫したもの、と言い換えることができる。
【0045】このような理由から、I/O時間計測には
HDDのフォーマット作業が必要である。広く知られて
いるように、フォーマット作業はディスク内部のトラッ
キング情報等を書き直すため、同じ装置をフォーマット
を行うことなく連続使用するよりも長期間にわたって使
用することができる。
【0046】次に、本発明の実施の形態例のディスクレ
コーダ装置のブロック図を図8に示し、ディスクレコー
ダ装置内でどのようにHDDを使用するかを詳細に説明
する。
【0047】CPU1はコントロールバス2を介してH
DD3、4、5、6、7、8、バッファメモリ9、1
0、11を制御する。またCPU1はタイマ12とも接
続され、タイマ12により必要な時間計測を行う。
【0048】複数のビデオI/Oから入力されるデータ
はインターフェース部13、14、15、コモンデータ
バス16を介してバッファメモリへ入力される。バッフ
ァメモリ9、10、11からCPU1の指令により各H
DD3、4、5、6、7、8へデータが書き込みされ
る。
【0049】一方、HDD3、4、5、6、7、8から
読み出されたデータはバッファメモリ9、10、11へ
入力され、その後コモンデータバス16、インターフェ
ース部13、14、15を介してビデオI/Oへ出力さ
れる。
【0050】このようなディスクレコーダ装置におい
て、各々のHDDに対してパラメータθの調整を行う。
CPU1とタイマ12がθ調整器17としての役割を果
たす。パラメータθの調整は、具体的に初期値θ0にお
ける平均I/O特性、すなわちシーク対I/O時間の特
性を測定し、基準値に対する比較を行う。結果的に基準
性能を超えるHDDに対してI/O時間がより短くなる
ようなθ1で、下回るHDDには長くなるようなθ2と
なるパラメータを与え、再フォーマットを行う。
【0051】1台のHDDに対する最適パラメータθの
調整方法を、図9のフローチャートを参照して説明す
る。まず、ステップS101で、標準パラメータθ0を
初期値としてHDDをフォーマットし、平均I/O特性
を測定する。
【0052】ステップS102で、平均I/O特性が標
準特性より優れているか調べる。優れていればステップ
S103へ移行し、優れていなかったらステップS10
4へ移行する。
【0053】ステップS103では、パラメータθnを
前回のパラメータθn−1よりも所定量θdだけ小さく
する。そしてHDDをフォーマットし、平均I/O特性
を測定する。一方、ステップS104では、パラメータ
θnを前回のパラメータθn−1よりも所定量θdだけ
大きくする。そしてHDDをフォーマットし、平均I/
O特性を測定する。いずれもステップS105へ移行す
る。
【0054】ステップS105では、θを変化させる試
行回数は十分か調べる。十分であればステップS106
へ移行し、不十分であればステップS102へ戻る。今
度のステップS102では、前回のフォーマット結果と
比較して優れているか調べる。
【0055】ステップS106では、最高のI/O特性
を示したパラメータθkを求める。ステップS107で
は、パラメータθkの平均I/O特性が基準のI/O特
性よりも優れているか調べる。優れていればステップS
108へ移行し、優れていなかったらステップS109
へ移行する。
【0056】ステップS108では、パラメータをθk
としてHDDをフォーマットする。ステップS109で
は、基準外のHDDとして交換処理をディスクレコーダ
装置に要求する。
【0057】この作業をすべてのHDD3、4、5、
6、7、8に対して行い、各々のHDDが最も優れた平
均転送レートで動作する最適なパラメータθoptを見
出すように調整する。各HDDは、たとえ一つだけであ
っても基準転送レートに到達しないものが含まれている
と、全体の性能が保証できなくなるが、このような作業
をディスクレコーダ装置の未使用時に実行することによ
り、現実のディスクレコーダ装置での故障率を改善でき
る。
【0058】また、バッファメモリは一般的に、大きい
容量が必要であったが、容量に余裕をもたらす。図8の
Q1点での転送レートの性能はHDDの性能がそのまま
現れるので、個々のHDDの転送レートが上がれば小さ
い容量でもよくなる。さらに、Q1点の転送レートが通
常フォーマットの平均転送レートよりも上回る場合、転
送性能が高いHDDを仮想的に用いた場合と同等とな
る。この分はQ2点の転送レートを高めることができる
が、Q2点の転送レートが同一であればHDDのアクセ
ス動作に余裕を与える。
【0059】実際の運用ではQ1点とQ2点との間のバ
ッファメモリがHDDの個体差をある程度緩衝するた
め、Q2点での転送レートさえ保証すればQ1点の転送
レートが高く取れるHDDを用いたほうが現実のディス
クレコーダ装置の安定性を高めることができる。Q1点
での転送レートが高いHDDは負荷集中時の対応力に優
れるため、ディスクレコーダ装置の安定性を改善する上
で有効である。
【0060】このように、個々のHDDの平均転送レー
トを最適化することがディスクレコーダ装置全体の転送
レートを改善する。そのため、定期的に複数のHDDを
フォーマットする。あるいは、ディスクレコーダ装置を
稼働中に最適化動作のための空きのHDDを決め、フォ
ーマット動作を試み、各々のHDDに最も適したフォー
マットを施すように調整する。
【0061】従来のディスクレコーダ装置のように、ア
クセス性能に関して最悪値保証を重要視するあまり、個
々のHDDの性能を同一でなければならない、とする
と、HDDをディスクレコーダ装置に実装することは困
難となるが、各HDDに最適なフォーマットを施すこと
は、より高い転送レートのHDDを提供できると共に、
同じパラメータθで厳しく管理を行うよりも生産上の不
良率も低減できる利点もある。
【0062】
【発明の効果】本発明のディスクレコーダ装置によれ
ば、ディスク装置の各々について回転待ち時間を低減す
る最適化フォーマットを採用することによって、平均転
送レートを高め、仮想的に回転数の速いディスク装置を
用いたときと同じ効果が得られる。また、従来のディス
クレコーダ装置に対しても、一般市販品とは異なる本発
明のフォーマットを行えば適用可能で、バッファメモリ
の容量の余裕が増し、ディスクレコーダ装置としての性
能を高めることができる。
【0063】また、フォーマット作業により性能測定を
行うため、劣化したディスク装置を早期に発見できる。
これにより故障率を低減することが可能となる。また、
フォーマット作業により同一のディスク装置を、より長
期にわたって使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 角度差θ1でフォーマットしたハードディス
クを上から見た図である。
【図2】 角度差θ1でフォーマットした場合のI/O
時間を説明する図である。
【図3】 回転待ち制御の有無による回転待ち時間の比
較を説明する図である。
【図4】 回転数の異なる2つのディスクにおけるI/
O時間を説明する図であり、図4(a)は、回転数R1
かつパラメータθ1でフォーマットした場合のI/O時
間を説明する図、図4(b)は、回転数R2のディスク
で回転待ち制御しない場合のI/O時間を説明する図で
ある。
【図5】 HDDを回転待ち制御した場合の現実のI/
O時間を説明する図であり、図5(a)は第一の例、図
5(b)は第二の例を説明する図である。
【図6】 角度差θ2でフォーマットしたハードディス
クを上から見た図である。
【図7】 角度差θ2でフォーマットした場合のI/O
時間を説明する図である。
【図8】 本発明の実施の形態例のディスクレコーダ装
置のブロック図である。
【図9】 1台のHDDに対する最適パラメータθの調
整方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
1…CPU、2…コントロールバス、3,4,5,6,
7,8…HDD、9,10,11…バッファメモリ、1
2…タイマ、13,14,15…インターフェース部、
16…コモンデータバス、17…θ調整器、L1…チャ
ンク角が一定のときのI/O時間を示す線、L2…最長
I/O時間を示す線、L3…最短I/O時間を示す線、
L4…回転待ち制御を行わない場合の平均I/O時間を
示す線、L5…シーク距離MAXの線、L6…回転数R
2で回転待ち制御をしない平均I/O時間曲線、L7…
回転数R1で回転待ち制御をしない平均I/O時間曲
線、L8…回転待ち制御を行った場合のI/O時間を示
す線、L9…I/O時間、L10…最短I/O時間を示
す線、M1,M2,M3,M4,M5,M6,M7,M
8,M9,M10,M11,M12…回転待ち時間、P
1,P2,P3,P4…トラック開始点

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 データを複数台のディスク装置に記録す
    るディスクレコーダ装置において、 前記ディスク装置の各々に対して、アクセス性能を測定
    し、且つ前記測定結果に基づいてアクセス時の回転待ち
    時間を最適にするようにフォーマット化を行うことを特
    徴とするディスクレコーダ装置。
  2. 【請求項2】 前記測定結果に基づいて、前記ディスク
    装置の制御方法を決定することを特徴とする請求項1に
    記載のディスクレコーダ装置。
  3. 【請求項3】 前記測定結果に基づいて、前記ディスク
    レコーダ装置全体の制御方法を決定することを特徴とす
    る請求項1に記載のディスクレコーダ装置。
  4. 【請求項4】 前記測定結果に基づいて、使用不可能な
    前記ディスク装置を判別することを特徴とする請求項1
    に記載のディスクレコーダ装置。
  5. 【請求項5】 前記フォーマット化を、定期的に行うこ
    とを特徴とする請求項1に記載のディスクレコーダ装
    置。
  6. 【請求項6】 前記データは、ビデオデータであること
    を特徴とする請求項1に記載のディスクレコーダ装置。
  7. 【請求項7】 前記ディスク装置は、ハードディスク装
    置であることを特徴とする請求項1に記載のディスクレ
    コーダ装置。
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JP (1) JP2000260104A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009146509A (ja) * 2007-12-14 2009-07-02 Nec Corp ディスク帯域幅算出システム、方法、及びプログラム

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