JP2007157203A - データ記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的衝撃が頻繁に加わる環境での使用に適したデータ記憶装置を実現する。
【解決手段】アクセスのためのヘッドに対して相対的に移動可能な記憶媒体を内部に収めた密閉構造体である複数の記憶ユニットを備えたデータ記憶装置において、複数の記憶ユニットに加わる複数の方向の外力に応じた信号を出力する外力検出手段と、複数の記憶ユニットを制御するコントローラとを設け、複数の記憶ユニットを互いの間で記憶媒体とヘッドとの相対移動方向が異なるように配置し、外力検出手段の出力する信号に応じて、アクセス動作させる記憶ユニットをコントローラに選択させる。
【選択図】図３

Description

本発明は記憶媒体とヘッドとを相対移動させてデータの記録および再生の両方または一方を行うデータ記憶装置に関し、例えば記憶媒体としてハードディスクをもつ磁気ディスク装置に適用できる。

近年、磁気ディスク装置の用途は、コンピュータの外部記憶装置にとどまらず、自動車のナビゲーションシステムや首にぶら下げる携帯型ミュージックプレーヤを含む多種多様な機器に拡がっている。これにともなって、想定すべき使用の環境が、温度や湿度が大きく変動したり不特定方向の大きな衝撃が加わったりする苛酷な環境を含むようになった。このように使用形態が多様になっても、データの消失を防ぐことが重要であることに変わりはない。

ハードディスクを備える磁気ディスク装置はディスクへの塵埃の付着を防ぐ密閉構造に構成されている。ただし、実際にはフィルタを通して内部は外気とつながっている。密閉の理由は、回転するディスクに対して１０ｎｍ程度の極めて僅かな距離だけヘッドを浮上させて記録および再生を行うからである。このような密閉構造体はディスクエンクロージャ、略してＤＥと呼ばれている。ディスクエンクロージャの中に、ディスクとともに、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、ヘッドアンプ（ＨＤＡ）、およびスピンドルモータ（ＳＰＭ）などが収められている。記憶容量を増やすために複数枚のディスクを収めたものもある。

磁気ディスク装置における機械的衝撃の影響は衝撃力の方向に依存する。一般に、ディスクの周方向、すなわちディスクとヘッドとの相対移動方向の衝撃の影響は比較的に小さい。ディスクの径方向、すなわちシーク方向の衝撃はヘッドが所定トラックに追従しないオフトラックを招き、アクセスのエラーを引き起こす。ディスクの回転軸方向の衝撃はヘッドスライダとディスクとを衝突させる。衝突はクラッシュと呼ばれ、ディスク表面を部分的に削って粉塵を散らす。散った粉塵がさらなるクラッシュを招く。なお、典型的なヘッドジンバルアセンブリがもつ外力に対する抵抗力は、ヘッドをディスクから離なす方向の力に対して比較的に弱いが、ヘッドをディスクに押し付ける方向の力に対して比較的に強い。また、表裏両面に記録可能なディスクの場合、片面からヘッドを離す力は他の面においてヘッドを引き離す。

機械的衝撃に対するデータ保全に関する先行技術文献として、特開平６−２５９８６１号公報がある。同公報には、複数個の磁気ディスク装置を備え、ミラーリングが可能に構成されたシステムにおいて、ミラーリングにおけるマスターとする磁気ディスク装置とシャドウとする磁気ディスク装置とを、互いの間でディスク面の向きが異なるように配置することが開示されている。開示されたシステム構成においては、ある方向の衝撃がシステムに加わったとき、マスターまたはシャドウの受ける影響が他方の受ける影響よりも小さい。すなわち、全ての磁気ディスク装置を同じ向きに配置する構成と比べて、衝撃によってマスターおよびシャドウの双方がアクセス不能になる確率が小さい。

また、特開平１１−４５５３０号公報には、加速度センサを備えた磁気ディスク装置が記載されている。この装置は、加速度センサによって外力を監視し、所定の外力が加わったときにスライダを記録／再生領域から退避させる。
特開平６−２５９８６１号公報 特開平１１−４５５３０号公報

従来では、複数のディスクエンクロージャを備えるデータ記憶装置の用途として、サーバや大容量ストレージのように固定的に設置された状態で使用される比較的に大きな機器が想定されており、車載機器や携帯型プレーヤのように不特定の振動や衝撃が頻繁に加わる状態で使用される小型の機器が想定されていなかった。このため、従来のデータ記憶装置を振動や衝撃が頻繁に加わる環境で使用すると、データの消失するような重大な動作不良が起きたり、退避制御によってアクセスが中断された状態が長く続いたりすることが予想される。

本発明の目的は、機械的衝撃が頻繁に加わる環境での使用に適したデータ記憶装置の提供を目的としている。

上記目的を達成するデータ記憶装置は、アクセスのためのヘッドに対して相対的に移動可能な記憶媒体を内部に収めた密閉構造体である複数の記憶ユニットを備えたデータ記憶装置であって、前記複数の記憶ユニットに加わる複数の方向の外力に応じた信号を出力する外力検出手段と、前記複数の記憶ユニットを制御するコントローラとを備え、前記複数の記憶ユニットが、互いの間で記憶媒体とヘッドとの相対移動方向が異なるように配置されており、前記コントローラが、前記外力検出手段の出力する信号に応じて、前記複数の記憶ユニットに対して選択的にアクセス動作を行わせるものである。

配置の向きが互いに異なるので、ある方向の外力が加わったときの影響が複数の記憶ユニットの間で異なる。コントローラは、外力の方向または方向と大きさとに応じて、すなわち外力の影響の大小に応じて、複数の記憶ユニットから記録または再生のためのアクセス動作を行わせる記憶ユニットを選択する。外力に応じて複数の記憶ユニットのそれぞれについてアクセス動作の可否が決定され、データ保全に支障のない範囲内で可能な限り記憶ユニットの非稼動期間が短縮される。

アクセス動作を行わせる記憶ユニットの選択には２つの形態がある。１つは、コントローラが、各記憶ユニットがどの方向の外力に対して耐衝撃性に優れるかを示す情報をもち、当該情報と外力検出手段の出力する信号とに基づいて各記憶ユニットの耐衝撃性の優劣を判定し、耐衝撃性に優れる記憶ユニットを選択する形態である。他の１つは、各記憶ユニットに加速度センサを設けておき、コントローラが加速度センサの出力に基づいて各記憶ユニットに加わっている外力の大小を判定し、加わっている外力の小さい記憶ユニットを選択する形態である。

本発明によれば、機械的衝撃が頻繁に加わる環境での使用に適したデータ記憶装置を実現することができる。

図１は本発明に係る第１の磁気ディスク装置の概略構造を示し、図２はディスクエンクロージャの内部構成の一例を示す。

磁気ディスク装置１は、同一の構成をもつ６個のディスクエンクロージャ１１，１２，１３，１４，１５，１６と、集積回路からなるコントローラ８０とを備えたデータ記憶装置である。ディスクエンクロージャ１１〜１６のそれぞれが本発明の記憶ユニットに相当する。コントローラ８０はディスクエンクロージャ１１〜１６の動作を制御する。なお、以下においてディスクエンクロージャをＤＥと称することがある。

図２においてはディスクエンクロージャ１１〜１６の代表としてディスクエンクロージャ１１が描かれている。ディスクエンクロージャ１１には、記録媒体である少なくとも１枚のディスク１０、図示しないヘッドスライダを支持するヘッドジンバルアセンブリ１９、ディスク回転のためのスピンドルモータ２０、シーク動作のためのボイスコイルモータ３０、データ信号を増幅するヘッドアンプ５０および本発明に深く関わる加速度センサ１０１が収められている。例示の外形は薄い直方体であるが、これに限定されない。

加速度センサ１０１は例えばピエゾ抵抗素子を応用した圧電型であり、１つの方向の衝撃力（加速度）の大きさに応じた信号を出力する１軸センサである。本例において、加速度センサ１０１は方向ａの加速度を検出するように位置決めされて固定されている。方向ａは、ディスク１０を基準に定められた互いに直交する３つの方向ａ，ｂ，ｃの１つであり、ディスク面と平行でディスク１０とヘッドとの相対移動方向と平行またはそれに近い方向である。方向ｂはディスク面と平行でシーク動作に係るディスク径方向と平行またはそれに近い方向である。方向ｃはディスク１０の回転軸（スピンドル軸）と平行な方向である。

図１に戻り、ディスクエンクロージャ１１〜１６は互いに向きが異なり且つ全体の体積が最小となるように密集配置されている。詳しくは、ディスクエンクロージャ１１〜１６に１個ずつ収められた計６個の加速度センサ１０１によって互いに異なる６つの方向Ｘ，Ｘ’，Ｙ，Ｙ’，Ｚ，Ｚ’の加速度（外力）を検出できるように配置の向きが選定されている。

ディスクエンクロージャ１１における加速度センサ１０１の検出方向である方向ａは方向Ｘである。ディスクエンクロージャ１２における方向ａは方向Ｘの反対の方向Ｘ’である。ディスクエンクロージャ１３における方向ａは方向Ｘと直交する方向Ｙである。ディスクエンクロージャ１４における方向ａは方向Ｙの反対の方向Ｙ’である。ディスクエンクロージャ１５における方向ａは方向Ｘおよび方向Ｙの両方と直交する方向Ｚである。ディスクエンクロージャ１６における方向ａは方向Ｚの反対の方向Ｚ’である。

このように磁気ディスク装置１においては、複数の加速度センサ１０１を組み合わせて複数の方向の衝撃を検出するので、各加速度センサ１０１として構成が単純で安価な１軸センサを用いることができる。ただし、より検出精度を高めるために２軸センサまたは３軸センサを各ディスクエンクロージャ１１〜１６に取り付けてもよい。圧電型に限らず、例えば静電容量型を採用してもよい。

図３は第１の磁気ディスク装置の構成を示す。磁気ディスク装置１は、セレクタ４０、リードチャネル６０、サーボ回路７０、上述のコントローラ８０、およびインタフェース９０を備える。

セレクタ４０はディスクエンクロージャ１１〜１６に繋がるデータバスのうちのコントローラ８０が指定した１つのディスクエンクロージャに対応したデータ線を選択し、指定されたディスクエンクロージャとリードチャネル６０とのデータの送受を可能にする。リードチャネル６０は記録・再生の変復調、波形の均等化、信号弁別処理などを行う。サーボ回路７０はディスク回転を制御する。コントローラ８０は本発明に特有のアクセス制御を含む装置全体の制御を担う。インタフェース９０は外部のデータ処理装置とのデータおよび制御信号の授受を担う。

磁気ディスク装置１では、ディスクエンクロージャ１１〜１６に備わる計６個の加速度センサ１０１で構成される外力検出手段１００が、６方向の外力（加速度）の大きさを示す外力検出信号Ｓ１００を出力する。外力検出信号Ｓ１００はコントローラ８０によって監視される。

コントローラ８０は、各ディスクエンクロージャ１１〜１６がどの方向の外力に対して耐衝撃性に優れるかを示すデータテーブル１５０を備えており、データテーブル１５０と外力検出信号Ｓ１００を照らし合わせて各ディスクエンクロージャ１１〜１６の耐衝撃性の優劣を判定し、耐衝撃性に優れるディスクエンクロージャ１１〜１６をアクセス可能なアクティブ状態とする。

図４は本発明に係るアクセス制御の第１例を示すフローチャートである。

上記コントローラ８０は図４のアクセス制御を実行する。このアクセス制御はコントローラ８０に予め記録された制御プログラムによって実現される。

コントローラ８０は外部装置からの緊急信号に応答する。緊急信号としては、例えば車載の場合において車内に設置されたエレクトロニック・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）が発する電装機器への停止命令がある。ＥＣＵは、車の電装系を制御するユニットであり、例えば衝突事後が発生したときに、バンパーに設置されたエアバック用センサの信号を検知してエアバックを開く。このようなＥＣＵが発する緊急時の信号をディスクエンクロージャ１１〜１６の駆動制御に適用することができる。

緊急信号を受けると、コントローラ８０は全てのディスクエンクロージャ１１〜１６に対してヘッドの退避を指示する退避処理を行う（＃１、＃７）。指示を受けたディスクエンクロージャ１１〜１６はディスク１０の回転を止め、ヘッドを記録・再生領域から退避領域へ移動させる。

緊急信号が無ければ、コントローラ８０は外力検出信号Ｓ１１０を取り込む（＃２）。データテーブル１５０を参照し（＃３）、耐衝撃性に優れる１個または複数個のディスクエンクロージャ１１〜１６をアクセス可能な記憶手段として選択する（＃４）。また、耐衝撃性に劣るディスクエンクロージャ１１〜１６に対して、必要に応じて退避を指示する。そして、コントローラ８０は、外部のデータ処理装置からの要求に応えて、アクセス可能なディスクエンクロージャのみにデータを記録し、またはアクセス可能なディスクエンクロージャのみからデータを読み出す記録・再生制御を行う（＃５）。

図５はディスクエンクロージャの配置における向きの組み合わせの変形例を示す。

図５において、ディスクエンクロージャ１１〜１６は、各ディスクエンクロージャにおける上記方向ａが他のディスクエンクロージャの方向ａと同一でなく、各ディスクエンクロージャにおける上記方向ｂが他のディスクエンクロージャの方向ｂと同一でなく、且つ各ディスクエンクロージャにおける上記方向ｃが他のディスクエンクロージャの方向ｃと同一でないように配置されている。各ディスクエンクロージャにおける方向ａ，ｂ，ｃと、互いに直交する３軸に沿った図示の方向Ｘ，Ｘ’，Ｙ，Ｙ’，Ｚ，Ｚ’との対応は図５（Ｂ）のとおりである。

スピンドル軸に注目すると、６個のディスクエンクロージャ１１〜１６におけるスピンドル軸の方向は、互いに直交する３つの方向に分かれる。例えば、スピンドル軸に沿う方向ｃが互いに反対であるディスクエンクロージャ１１とディスクエンクロージャ１２の組では、ディスクエンクロージャ１２の向きは、ディスクエンクロージャ１１を裏返して表裏面に沿って９０度回転させたときの向きである。このような点対称の関係は、ディスクエンクロージャ１３とディスクエンクロージャ１４の組、およびディスクエンクロージャ１５とディスクエンクロージャ１６の組にも当てはまる。各組において、ヘッドジンバルアセンブリ１９が受ける衝撃の方向が９０度ずれるので、どちらかのディスクエンクロージャでは他方と比べてオフトラックが起きにくい。

図５のようにディスクエンクロージャ１１〜１６を配置することにより、ディスクエンクロージャ１１〜１６の少なくとも１個においてデータの記録・再生を安全に行い得る確率、すなわち完全な非稼動とならない確率を大きくすることができる。

次に、外力検出手段の構成の変形例を挙げる。

図６は本発明に係る第２の磁気ディスク装置の構成を示す。同図において図３と同一の構成要素には同一の符合を付してある。以下の図においても同様である。

図６の磁気ディスク装置２の基本的な構成は上記磁気ディスク装置１の構成と同様である。磁気ディスク装置２の特徴は、ディスクエンクロージャ１１〜１６に代わるディスクエンクロージャ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａと、６方向の外力を検出する加速度センサ１０２を備えていることである。

ディスクエンクロージャ１１ａ〜１６ａは同一の構成をもち、その構成は上記の例のディスクエンクロージャ１１〜１６において加速度センサ１０１の組み付けを省略したものに相当する。

ディスクエンクロージャ１１ａ〜１６ａに加わる外力は、ディスクエンクロージャ１１ａ〜１６ａの外部に配置された加速度センサ１０２によって検出される。そして、加速度センサ１０２の出力する外力検出信号Ｓ１０２に基づいて、コントローラ８０は図４の手順でディスクエンクロージャ１１ａ〜１６ａの動作を制御する。

図７は本発明に係る第３の磁気ディスク装置の構成を示す。

磁気ディスク装置３の基本的な構成は上記磁気ディスク装置１の構成と同様である。磁気ディスク装置３の特徴は、ディスクエンクロージャ１１〜１６に代わるディスクエンクロージャ１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂを備えていることである。

ディスクエンクロージャ１１ｂ〜１６ｂは同一の構成をもち、その構成は上記の例のディスクエンクロージャ１１〜１６において加速度センサ１０１に代えて加速度センサ２０１の組み付けたものに相当する。

各ディスクエンクロージャ１１ｂ〜１６ｂにおいて、加速度センサ２０１は、アクセス動作に最も大きな影響を与える方向の衝撃を検出するように位置決めされて固定されている。例えば、検出方向として、オフトラックに深く関わるシーク方向が挙げられる。ただし、加速度センサ２０１を１軸センサに限る必要はなく、複数方向の衝撃を検出し、各方向に衝撃の影響に応じて重みづけをして複数方向の検出結果を総合した信号を出力するものであってもよい。つまり、ある衝撃によって各ディスクエンクロージャ１１ｂ〜１６ｂが受ける影響の大きさを表すことが加速度センサ２０１に求められる。

磁気ディスク装置３では、ディスクエンクロージャ１１ｂ〜１６ｂに備わる計６個の加速度センサ２０１で外力検出手段２００が構成される。外力検出手段２００は、６個の加速度センサ２０１のそれぞれによる検出結果を示す外力検出信号Ｓ２００を出力する。外力検出信号Ｓ２００はコントローラ８０ｂによって監視される。

図８は本発明に係るアクセス制御の第２例を示すフローチャートである。

上記コントローラ８０ｂは図８のアクセス制御を実行する。本例のアクセス制御は図４のステップ＃３およびステップ＃４の処理に代えて次の処理を行うものである。

コントローラ８０ｂは、外力検出信号Ｓ２００に基づいて各ディスクエンクロージャ１１ｂ〜１６ｂに加わっている外力の大小（設定値を超えるか否か）を判定し（＃３ｂ）、加わっている外力の小さいディスクエンクロージャ１１ｂ〜１６ｂをアクセス可能な記憶手段として選択する（＃４ｂ）。必要に応じて、加わっている外力の大きいディスクエンクロージャ１１ｂ〜１６ｂに退避を指示する。

図９は本発明に係る第４の磁気ディスク装置の概略構造を示す。

図９の磁気ディスク装置４は車載用途に好適である。車載の場合、車が横転しないかぎり、衝撃や振動の大半は前後・左右の２軸に沿うものである。このような用途では、必ずしも６方向の外力を検出する必要はなく、４方向の外力を検出する構成でもよい。

磁気ディスク装置４は、合計８個のディスクエンクロージャ１１〜１４、１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ，１４Ｂを備える。これらのうち、４個のディスクエンクロージャ１１〜１４は前後左右に向けられ、互いに配置の向きが異なる。ここでいう、前後左右とは車載状態での方向である。そして、配置の向きは、加速度センサ１０１の検出方向（図２の方向ａ）に対応する。

残りの４個のディスクエンクロージャ１１Ｂ〜１４Ｂはディスクエンクロージャ１１〜１４と同様に前後左右に向けられ、互いに配置の向きが異なる。ディスクエンクロージャ１１Ｂ〜１４Ｂのそれぞれの構成はディスクエンクロージャ１１〜１４と同一である。つまり、磁気ディスク装置４では、ディスクエンクロージャ１１〜１４からなる組と並列に
ディスクエンクロージャ１１Ｂ〜１４Ｂからなる組が配置されており、前後左右にそれぞれ２個のディスクエンクロージャが対応する。

ディスクエンクロージャの個数を多くすることは耐衝撃性の向上に貢献する。一般に、ディスクより小径であるほど、ヘッドジンバルアセンブリ１９が短くてよいので、衝撃に対して強い構造が得られる。したがって、所望の記憶容量を得るに当たり、比較的に大きなディスクを用いてディスクエンクロージャの個数を少なくするよりも、小型のディスクを用いてディスクエンクロージャの個数を多くして小型のディスクを採用する方が耐衝撃性の観点では有利である。

本例の配置では、ディスクエンクロージャ１１〜１４からなる組とディスクエンクロージャ１１Ｂ〜１４Ｂからなる組で耐衝撃性が同等であるので、一方の組をマスターとするミラードライブ構成を採用し、それによってデータの安全性を高めることができる。

なお、図示では配置の向きの違いがよく理解されるようにディスクエンクロージャ１１〜１４、１１Ｂ〜１４Ｂの外形を直方体としているが、外形は任意である。密集配置の全体形状を整然とする上では、ディスクエンクロージャ１１〜１４、１１Ｂ〜１４Ｂの外形を上下面が正方形である平行６面体とするのが望ましい。また、配置の形態は２段重ねに限らず、３段以上の多段重ねにしてもよいし、重ねずに平面状に並べてもよい。さらに密集させなくてもよい。ディスク径を１．８インチまたは１インチとした場合、図９のように８個のディスクエンクロージャを並べれば、磁気ディスク装置４のサイズを３．５インチまたは２．５インチのディスクを想定した現在の標準的なフォームファクタに適合させることができる。

図１０は本発明に係る第５の磁気ディスク装置の概略構造を示す。

図１０の磁気ディスク装置５は、図９の磁気ディスク装置４にさらに４個のディスクエンクロージャ１１Ｃ，１１Ｄ，１２Ｃ，１２Ｄを加えたものである。ディスクエンクロージャ１１Ｃ，１１Ｄはディスクエンクロージャ１１と同様に前に向けられ、ディスクエンクロージャ１２Ｃ，１２Ｄはディスクエンクロージャ１２と同様に後ろに向けられている。つまり、磁気ディスク装置５では、左右にはそれぞれ２個のディスクエンクロージャが対応し、前後にはそれぞれ４個のディスクエンクロージャが対応する。

特定の方向について他の方向よりも多くのディスクエンクロージャを対応させることにより、特定の方向の衝撃に対して強い（トラブルが起こりにくい）構造が得られる。

図９および図１０が示す磁気ディスク装置４，５にも、上述のように外力に応じてアクティブにするという、ディスクエンクロージャを動的に切り替えるアクセス制御を行うことができる。

図１１は装置構成の変形例を示す。

図１１（Ａ）の磁気ディスク装置６は４個のディスクエンクロージャ１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，１４ｃを備える。磁気ディスク装置４ｂの特徴は、ディスク回転のためのスピンドルモータ（ＳＰＭ）２０およびシーク動作のためのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）３０が共に１個のみであり、４個のディスクエンクロージャ１１ｃ〜１４ｃの外に配置されていることである。スピンドルモータ２０はディスクエンクロージャ１１ｃ〜１４ｃの全てのディスクを一括に回転させ、ボイスコイルモータ３０はディスクエンクロージャ１１ｃ〜１４ｃの全てのヘッドジンバルアセンブリを一括に駆動する。

ディスクエンクロージャ１１ｃ〜１４ｃを４段重ねとすることにより、スピンドル軸を共通にし且つディスクエンクロージャ１１ｃ〜１４ｃの間で配置の向きを互いに異ならせることができる。

本例のように１個のスピンドルモータ２０で媒体を回転させる構成では、ディスクエンクロージャ間でディスク回転が同期するので、記録・再生を高速に行うことができる。

図１１（Ｂ）の磁気ディスク装置７の特徴は、４個のディスクエンクロージャ１１〜１４のそれぞれに対して、リードチャネル６０およびサーボ回路７０が設けられていることである。本例のように各ディスクエンクロージャにスピンドルモータ２０を設ける構成では、各ディスクエンクロージャに対してパケット記録を行い、ディスクエンクロージャ間でディスク回転を厳密には同期させず、信号系のメモリ上でデータを合成するのが好ましい。

図１１（Ｃ）の磁気ディスク装置８の特徴は、４個のディスクエンクロージャ１１ｄ，１２ｄ，１３ｄ，１４ｄのそれぞれがボイスコイルモータ３０およびヘッドアンプ５０を有し、これらディスクエンクロージャに対して１個のスピンドルモータ２０が設けられていることである。

図１１（Ｄ）の磁気ディスク装置９の特徴は、図１１（Ａ）の例と同様にディスクエンクロージャ１１ｃ〜１４ｃを備え、これらディスクエンクロージャ１１ｃ〜１４ｃのそれぞれに対してボイスコイルモータ３０およびヘッドアンプ５０が配置されていることである。本例は、ディスクエンクロージャ１１ｃ〜１４ｃの外部に電気回路が配置されるので、回路の集積化に適している。

以上の磁気ディスク装置１〜９には、長期にわたって初期の信頼度が保たれる長寿命のデータ記憶を実現する以下の記録制御を適用することができる。

図１２は記録制御の概要を示すフローチャートであり、図１３は冗長度可変のデータ記憶の説明図である。ここでは、便宜的にディスクエンクロージャの個数を４として制御を説明する。

コントローラ８０は、外部装置からの記録要求を受けると、インタフェース９０を介して取り込んだ記録すべきデータを、その時点で正常に動作するＤＥの数から１を差し引いた数のデータに分割する（図１２の＃１１、＃１２）。続いて、得られた分割データに対応するパリティデータを生成する（＃１３）。そして、分割データとパリティデータとをディスクエンクロージャに振り分けて書き込む（＃１４）。

例えば、図１３（Ａ）のように４個のディスクエンクロージャ１１〜１４が全て正常に動作する初期状態では、記録すべきデータＤ１が３（＝４−１）個の分割データＤ１−１，Ｄ１−２，Ｄ１−３に分割され、分割データの排他的論理和演算によりパリティデータＤ１−ｐが生成される。そして、分割データＤ１−１はディスクエンクロージャ１１に、分割データＤ１−２はディスクエンクロージャ１２に、分割データＤ１−３はディスクエンクロージャ１３に、パリティデータＤ１−ｐはディスクエンクロージャ１４に書き込まれる。書き込み完了時には、予め各ディスクエンクロージャ１１〜１４に設けられているＦＡＴ(File Allocation Tables)が更新される。

このような処理は公知であり、外部からの記録要求があるごとに実行される。図１３（Ａ）の斜線部分は、分割データＤ１−１〜Ｄ１−３およびパリティデータＤ１−ｐの書き込み以前に書き込まれたデータである。パリティデータを書き込むディスクエンクロージャを固定してもよいし、適宜に変更してもよい。

図１２に戻り、記録・再生動作の成否を監視する処理からディスクエンクロージャ１１〜１４のいずれかが故障である旨の通知を受けると（＃１５）、アクセス可能なディスクエンクロージャが２個以上であるか否かをチェックする（＃１６）。アクセス可能なディスクエンクロージャが１個であるとき、すなわち既に２個が故障しており今回の故障が３個目であるときは、データ記憶を冗長化することができず、記録されているデータの消失のおそれがあるので、外部装置に対してユーザへの報知を依頼する警告処理を行う（＃２１）。

一方、アクセス可能なディスクエンクロージャが２個以上であれば、次のように記憶の再編成を行う。

まず、アクセス不能になったディスクエンクロージャにアクセス不能になる以前に記憶させたデータを、残りの記憶ユニットが記憶するデータに基づいて復元する（＃１７）。次に、復元されたデータをその時点で正常に動作するディスクエンクロージャの数から１を差し引いた数のデータに分割し（＃１８）、得られた複数または単数の分割復元データに対応したパリティデータを生成する（＃１９）。そして、分割復元データとパリティデータとをアクセス可能な複数の記憶ユニットに振り分けて記憶させる（＃２０）。

以上の動作を、再び図１３を参照して説明する。

図１３（Ａ）のように分割データＤ１−１〜Ｄ１−３およびパリティデータＤ１−ｐが記録された後、例えば図３（Ｂ）のようにディスクエンクロージャ１３が故障した状況を想定する。実際には分割データＤ１−１〜Ｄ１−３およびパリティデータＤ１−ｐの記録の後で且つディスクエンクロージャ１３が故障する以前に、さらに分割データおよびパリティデータが各ディスクエンクロージャ１１〜ディスクエンクロージャ１４に記録されるのが通例である。しかし、ここでは、理解を容易にするため、図示の分割データＤ１−１〜Ｄ１−３に着目してそれらに対する処置を説明する。この処置は他の既に記録された分割データについても同様に行われる。

ディスクエンクロージャ１３が故障したので、ディスクエンクロージャ１３に故障以前に記憶させた分割データＤ１−３を、残りのディスクエンクロージャ１１，ディスクエンクロージャ１２，ディスクエンクロージャ１４が記憶する分割データＤ１−１、Ｄ１−２およびパリティデータＤ１−ｐに基づいて排他的論理和演算により復元する。復元された分割データＤ１−３を２（＝３−１）個の分割復元データＤ１−３−１，Ｄ１−３−２に分割し、それらに対応したパリティデータＤ１−３−ｐを生成する。そして、分割復元データＤ１−３−１，Ｄ１−３−２およびパリティデータＤ１−３−ｐをディスクエンクロージャ１１，ディスクエンクロージャ１２，ディスクエンクロージャ１４に振り分けて記憶させる。

つまり、図１３（Ａ）と（Ｂ）とで示されるように、ディスクエンクロージャ１１〜１４のいずれかの故障に呼応して、故障発生以前にディスクエンクロージャ１１〜１４が記憶していた全ての情報を、故障していない残りのディスクエンクロージャ１１，ディスクエンクロージャ１２，ディスクエンクロージャ１４で分担させるよう記録し直す。故障発生以前では分割データ数Ｍが３でパリティデータ数ｍが１であって冗長度は１／４である。これに対して、故障発生後では冗長度は１／３である。冗長度の増加にともなって記憶エリアの利用率が低下するものの、既存の情報が保持されるとともに、以前と同じ信頼度が得られる。すなわち、さらにいずれかのディスクエンクロージャが故障してもデータの消失を回避することができる。

さらに、例えば図１３（Ｃ）のようにディスクエンクロージャ１２が故障した状況を想定する。

ディスクエンクロージャ１２が故障したので、ディスクエンクロージャ１２に故障以前に記憶させた復元分割データＤ１−３−２を、残りのディスクエンクロージャ１１，ディスクエンクロージャ１４が記憶する復元分割データＤ１−３−１およびパリティデータＤ１−３−ｐに基づいて復元する。復元された復元分割データＤ１−３−２とディスクエンクロージャ１１が記憶する復元分割データＤ１−３−１とを合成して分割データＤ１−３を再生する。再生された分割データＤ１−３とディスクエンクロージャ１１，ディスクエンクロージャ１４が記憶する分割データＤ１−１およびパリティデータＤ１−ｐに基づいて分割データＤ１−２を復元する。そして、復元された分割データＤ１−２とそれに対応したパリティデータＤ１−２ｐとをディスクエンクロージャ１１，ディスクエンクロージャ１４に振り分けて記憶させるとともに、復元された復元分割データＤ１−３−２とそれに対応したパリティデータＤ１−３−２ｐとをディスクエンクロージャ１１，ディスクエンクロージャ１４に振り分けて記憶させる。これにともなって冗長度は１／２に変わる。

さらに図１３（Ｄ）のようにディスクエンクロージャ１４が故障すると、１個のディスクエンクロージャ１１のみがアクセス可能である末期状態となる。この状態においても、ディスクエンクロージャ１１が記憶するデータによって分割データＤ１−２を復元し、元のデータＤ１を再生することができる。しかし、冗長度は０であり、以後にディスクエンクロージャ１１が故障すれば当然に全ての情報が消失する。したがって、遅くとも末期状態になった時点で、装置寿命の終了が近いことをユーザに通知するのが望ましい。末期状態になる以前の段階で通知してもよい。

図１４は信頼度の維持を示すグラフ、図１５は寿命の向上を示すグラフである。図１４、１５の例示は、従来の典型的な磁気ディスク装置と同等の平均故障間隔ＭＴＢＦ(Mean Time Between Failure)をもつ６個のディスクエンクロージャで磁気ディスク装置を構成した場合である。ここでは信頼度の許容下限を０．９８とする。

上述のとおり冗長度を変化させてデータ記録動作を継続することにより、データ保全の信頼度が維持され且つ寿命が延びる。図１４中に一点鎖線で示すように、従来のハードディスクドライブでは使用開始から２年が経過すると信頼度が０．９８の近くまで下がる。これに対して、上記記録制御を適用した磁気ディスク装置では４年ないし５年で信頼度が０．９８に下がる最初の時点を迎える。この時点で１個のディスクエンクロージャが故障したとすると、冗長度が変わって信頼度が０．９８よりも大きくなる。さらに時間が経過して信頼度が０．９８に下がる２回目の時点を迎える。再び冗長度が変化すると信頼度が０．９８よりも大きくなる。このような繰り返しにより、冗長度が１／３で信頼度０．９８になるまでの使用年数は１０年以上となり、従来の５倍も高信頼度が継続することになる。

記録・再生することができる容量を比較すると図１５のようになる。初期の容量は、冗長度が高い分だけ一点鎖線で示す従来例よりも少ない。しかし、信頼度が０．９８になった時に平均的に故障すると仮定すると、従来例では２．５年程度で一気に記録・再生ができなくなるのに対し、本例の磁気ディスク装置では容量は減少していくものの冗長度１／３で使用を取りやめるとしても１０年以上にわたって記録・再生が可能である。すなわち、寿命の長いことが判る。

以上の実施形態において、磁気ディスク装置１〜９と同様の構成をもつ複数の磁気ディスク装置を組み合わせてＲＡＩＤシステムを構築してもよい。磁気ディスク装置１〜９を１つのアーカイブ装置として構成しても構わない。ディスクエンクロージャの個数は例示に限定されず、２以上であれば任意である。

本発明は、固定ディスク装置に好適であるが、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリを含む磁気ディスク以外の任意の記憶媒体を備えた記憶装置にも適用可能である。

本発明は、磁気ディスク装置を含む各種のデータ記憶装置の用途の拡大に貢献する。

本発明に係る第１の磁気ディスク装置の概略構造を示す図である。 ディスクエンクロージャの内部構成の一例を示す図である。 第１の磁気ディスク装置の構成を示す図である。 本発明に係るアクセス制御の第１例を示すフローチャートである。 ディスクエンクロージャの配置における向きの組み合わせの変形例を示す図である。 本発明に係る第２の磁気ディスク装置の構成を示す図である。 本発明に係る第３の磁気ディスク装置の構成を示す図である。 本発明に係るアクセス制御の第２例を示すフローチャートである。 本発明に係る第４の磁気ディスク装置の概略構造を示す図である。 本発明に係る第５の磁気ディスク装置の概略構造を示す図である。 装置構成の変形例を示す図である。 記録制御の概要を示すフローチャートである。 冗長度可変のデータ記憶の説明図である。 信頼度の維持を示すグラフである。 寿命の向上を示すグラフである。

符号の説明

１１〜１６ ディスクエンクロージャ（記憶ユニット）
１１ｂ〜１６ｂ ディスクエンクロージャ（記憶ユニット）
１１ｃ〜１４ｃ ディスクエンクロージャ（記憶ユニット）
１１ｄ〜１４ｄ ディスクエンクロージャ（記憶ユニット）
１１Ｂ〜１４Ｂ ディスクエンクロージャ（記憶ユニット）
１１Ｃ，１１Ｄ，１２Ｃ，１２Ｄ ディスクエンクロージャ（記憶ユニット）
１〜９ 磁気ディスク装置（データ記憶装置）
８０，８０ｂ コントローラ
１００，２００ 外力検出手段
Ｓ１００，Ｓ２００ 外力検出信号
１０１，２０１ 加速度センサ

Claims (5)

1. アクセスのためのヘッドに対して相対的に移動可能な記憶媒体を内部に収めた密閉構造体である複数の記憶ユニットを備えたデータ記憶装置であって、
   前記複数の記憶ユニットに加わる複数の方向の外力に応じた信号を出力する外力検出手段と、
   前記複数の記憶ユニットを制御するコントローラとを備え、
   前記複数の記憶ユニットは、互いの間で記憶媒体とヘッドとの相対移動方向が異なるように配置されており、
   前記コントローラは、前記外力検出手段の出力する信号に応じて、前記複数の記憶ユニットを選択的にアクセス動作させる
   ことを特徴とするデータ記憶装置。
2. 前記コントローラは、各記憶ユニットがどの方向の外力に対して耐衝撃性に優れるかを示す情報をもち、当該情報と前記外力検出手段の出力する信号とに基づいて各記憶ユニットの耐衝撃性の優劣を判定し、耐衝撃性に優れる記憶ユニットにアクセス動作を行わせる
   請求項１に記載のデータ記憶装置。
3. 前記外力検出手段は、互いに異なる方向の外力を検出する複数の加速度センサからなる
   請求項１または請求項２に記載のデータ記憶装置。
4. 前記複数の記憶ユニットは同一構成であり、且つそれぞれが外力を検出する加速度センサを備えており、
   前記外力検出手段は前記複数の記憶ユニットに備わる複数の加速度センサからなり、
   前記コントローラは、前記外力検出手段の出力する信号に基づいて各記憶ユニットに加わっている外力の大小を判定し、加わっている外力の小さい記憶ユニットにアクセス動作を行わせる
   請求項１に記載のデータ記憶装置。
5. 前記複数の記憶ユニットとともに、記憶媒体とヘッドとの相対移動方向が当該複数の記憶ユニットのいずれかと同一である少なくとも１個の記憶ユニットを備える
   請求項１に記載のデータ記憶装置。